实验探究加速度和力质量关系

1、实验探究加速度和力质量关系物体运动状态变化的快慢和什么有关？1、质量、质量2、受力、受力生生 活活 再再 现现更多资源尽在更多资源尽在 飞鸥网飞鸥网 mmF1F2m1m2FFF1F2m1m2定性讨论定性讨论1定性讨论定性讨论2理理 论论 推推 理理思考： 如何研究物体的加速度与力、质量之间的定量关系？ 实验的基本思路是什么呢？实验的基本思路是什么呢？ “a” “a”与与“F”F”、“m” m” 二个物理量均有关系，二个物理量均有关系，应该从何处入手呢？应该从何处入手呢？实验的探究思路确定为两个方面：实验的探究思路确定为两个方面：一是保证质量不变，探究加速度与外力的关系；一是保证质量不变，探究加

2、速度与外力的关系；二是保证外力不变，探究加速度与质量的关系。二是保证外力不变，探究加速度与质量的关系。研究方法研究方法实实 验验 探探 究究方案一：方案一：利用打点计时器来探究加速度与力、质量的关系利用打点计时器来探究加速度与力、质量的关系如何求加速度？如何求加速度？如何求质量？如何求质量？如何求力？如何求力？小车小车 纸带纸带 打点计时器打点计时器（1 1）实验仪器）实验仪器（2 2）实验步骤）实验步骤（3 3）注意事项）注意事项（4 4）误差来源）误差来源实验器材实验器材 小车、一端附有滑轮的长木板、垫块、小小车、一端附有滑轮的长木板、垫块、小桶和砂、细绳、钩码桶和砂、细绳、钩码 打点计时

3、器、纸带及复写纸、打点计时器、纸带及复写纸、46V交流电交流电源、两根导线、夹子源、两根导线、夹子 天平、砝码、刻度尺、两张坐标纸天平、砝码、刻度尺、两张坐标纸 实验步骤实验步骤 (1)用天平测出小车和小桶的质量用天平测出小车和小桶的质量M和和m(2)按图所示把实验器材安装好按图所示把实验器材安装好(3)平衡摩擦力：平衡摩擦力：A.用垫块将长木板垫成合适倾角的斜面，用垫块将长木板垫成合适倾角的斜面，让车的重力下滑分量和摩擦力相平衡让车的重力下滑分量和摩擦力相平衡. B.使得不挂砂桶的小车刚好在斜面上保持匀速运动使得不挂砂桶的小车刚好在斜面上保持匀速运动 C.平衡摩擦力时连上纸带，打点计时器正常

4、工作。平衡摩擦力时连上纸带，打点计时器正常工作。 D.平衡摩擦力以后，不能再改变倾角。垫块垫的位置平衡摩擦力以后，不能再改变倾角。垫块垫的位置要做标记，以便快速复位。要做标记，以便快速复位。 (4)将砂桶通过细绳系在小车上，接通电源放开小车，将砂桶通过细绳系在小车上，接通电源放开小车，使小车运动，用纸带记录小车的运动情况，取下纸使小车运动，用纸带记录小车的运动情况，取下纸带，并在纸带上标上号码带，并在纸带上标上号码(5)保持小车的质量不变，改变砂桶中的砂量，重复步保持小车的质量不变，改变砂桶中的砂量，重复步骤骤(4)多次，每次在相应的纸带上做上标记，将数据多次，每次在相应的纸带上做上标记，将数

5、据填写在记录表格内填写在记录表格内(6)建立坐标系，用纵坐标表示加速度，横坐标表示力，建立坐标系，用纵坐标表示加速度，横坐标表示力，在坐标系上描点，画出相应的图线以探究在坐标系上描点，画出相应的图线以探究a与与F的关的关系系 (7)保持砂及小桶的质量不变，改变小车的质量保持砂及小桶的质量不变，改变小车的质量M(在小在小车上增减砝码车上增减砝码)，重复上述步骤，重复上述步骤(5)、(6)探究探究a与与M的的关系关系注意事项：注意事项：小盘和砝码的质量要远小于小车的小盘和砝码的质量要远小于小车的质量质量(mM)只有这样，小车受的只有这样，小车受的拉力才可以近似等于砝码的重力。拉力才可以近似等于砝码

6、的重力。平衡摩擦力：平衡摩擦力：要将长木板的一端适当要将长木板的一端适当垫高，用小车的重力的分力将摩擦力平衡垫高，用小车的重力的分力将摩擦力平衡掉。平衡一次后此后不需重新平衡掉。平衡一次后此后不需重新平衡平衡摩擦力时，不把悬挂重物用细绳通过定滑轮平衡摩擦力时，不把悬挂重物用细绳通过定滑轮系在小车上，即不对小车施加拉力。在木板无滑系在小车上，即不对小车施加拉力。在木板无滑轮的一端下面垫一薄木块，反复移动其位置，直轮的一端下面垫一薄木块，反复移动其位置，直到拖在小车后面的纸带上打出的点距均匀为止。到拖在小车后面的纸带上打出的点距均匀为止。小车小车夹子方案二：方案二：课本上参考案例中的实验方案课本上

7、参考案例中的实验方案212xat1122axax由于两小同时启动、同时停止由于两小同时启动、同时停止,故运动时间相同故运动时间相同1 1、平衡摩擦：使小车在不放砝码时近似做匀速、平衡摩擦：使小车在不放砝码时近似做匀速 直线运动。直线运动。2 2、桶和、桶和砝码的质量要比小车的质量小很多。砝码的质量要比小车的质量小很多。1、控制变量、控制变量M，探讨加速度，探讨加速度a与与F的关系。的关系。对对质量相同质量相同的物体来说，物体的加速度的物体来说，物体的加速度跟作用在物体上的力成正比：跟作用在物体上的力成正比：正比于正比于2.控制变量控制变量F，探讨加速度，探讨加速度a与与M的关系。的关系。在在相

8、同的力相同的力作用下，物体的加速度跟物体的质量作用下，物体的加速度跟物体的质量成反比：成反比：方案三：方案三：利用气垫导轨、光电门和数字计时仪来探利用气垫导轨、光电门和数字计时仪来探究加速度与力、质量的关系究加速度与力、质量的关系光电门光电门1 1光电门光电门2 2挡光板挡光板xt2222021()()22xxvvttaxxttxtxtvva120更多资源尽在更多资源尽在 飞鸥网飞鸥网 当小车质当小车质量不变时量不变时次数次数F/NF/Na/m a/m s s -2 -21 12 23 34 45 5当所受合当所受合力不变时力不变时次数次数M/kgM/kga/m a/m s s -2 -21

9、12 23 34 45 5实验数据处理：实验数据处理：表格记录表格记录F F N Na/ma/ms s -2 -20.150.150.300.300.450.450.600.600.750.750 0.1 0.2 0.3 0.4 0.50 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5当小车当小车质量不质量不变时变时次数次数F/NF/Na/m a/m s s -2 -21 12 23 34 45 50.10 0.1460.10 0.1460.20 0.3020.20 0.3020.30 0.4280.30 0.4280.40 0.5920.40 0.5920.50 0.7510.50 0.751m m

10、 kgkga/ma/ms s -2 -20.20.20.40.40.60.60.80.81.01.00 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.20 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2当拉当拉力不力不变时变时次数次数M/kgM/kga/m a/m s s -2 -21 12 23 34 45 50.400 0.8610.400 0.8610.500 0.6920.500 0.6920.750 0.4700.750 0.4701.000 0.3521.000 0.3521.200 0.2901.200 0.290a/ma/ms s -2 -20.20.20.40.40.60.60

11、.80.81.01.00 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 /kg /kg -1 -1m m1 1当拉当拉力不力不变时变时次数次数M/kgM/kga/m a/m s s -2 -21 12 23 34 45 51/M(kg 1/M(kg -1 -1) )2.502.502.002.001.331.331.001.000.830.830.400 0.8610.400 0.8610.500 0.6920.500 0.6920.750 0.4700.750 0.4701.000 0.3521.000 0.3521.200 0.2901.200 0.2

12、90运用数学工具处理非线性关系的运用数学工具处理非线性关系的数据。如变数据。如变 a-ma-m 图象为图象为 a1/ma1/m 图象，即图象，即“变曲为直变曲为直”。 进行线性化处理。进行线性化处理。 在反复试验的基础上得出结论得出结论得出结论：得出结论：一定：maF1一定：Fam 在反复应用于预测和实践都正确时才能成为定律实验系统误差本实验系统误差主要有两个来源：本实验系统误差主要有两个来源： 平衡摩擦力平衡摩擦力不足或过度不足或过度u平衡摩擦力平衡摩擦力不足或过度会导致图像不足或过度会导致图像不过坐标原点。不过坐标原点。 没有保证没有保证Mmu没有保证没有保证Mm会导致图像向着远离会导致图

13、像向着远离加速度轴弯曲。加速度轴弯曲。更多资源尽在更多资源尽在 飞鸥网飞鸥网 aFaFaFa1/Ma1/Ma1/MamMMgMgmg)(cossinmMMgMgmgacossinmMmMMgMgFmMacossin1mMMgMgMMmmgacossin11amMMgMgmg)(cossinmMMgMgmgacossinmMgFMMgMgFacossinMmggMmga11cossin1例例1在在“验证牛顿第二定律验证牛顿第二定律”的实验中备有的实验中备有下列器材：下列器材： A打点计时器；打点计时器；B天平天平(带砝带砝码码)；C秒表；秒表；D低压直流电源；低压直流电源；E纸带纸带和复写纸；和

14、复写纸；F导线、细线导线、细线 G小车；小车；H砂砂和小桶；和小桶；I带滑轮长木板其中多余的器材带滑轮长木板其中多余的器材是是 (填代号填代号)缺少的器材是缺少的器材是 C D刻度尺刻度尺低压交流电源低压交流电源例例2有关验证牛顿第二定律的实验，实验装置如图有关验证牛顿第二定律的实验，实验装置如图所示，下列说法正确的是所示，下列说法正确的是【 】A.平衡运动系统的摩擦力时，应把装砂的小桶通过平衡运动系统的摩擦力时，应把装砂的小桶通过定滑轮拴在小车上。定滑轮拴在小车上。 B.连接砂桶和小车的轻绳应和长木板保持平行。连接砂桶和小车的轻绳应和长木板保持平行。C. 平衡摩擦力后，长木板的位置不能移动。

15、平衡摩擦力后，长木板的位置不能移动。 D.小车应靠近打点计时器，且应先接通电源再释放小车应靠近打点计时器，且应先接通电源再释放小车。小车。BCD例例3在在“验证牛顿第二定律验证牛顿第二定律”的实验中，在的实验中，在研究作用力一定时加速度与质量成反比的结研究作用力一定时加速度与质量成反比的结论时，下列说法错误的是论时，下列说法错误的是【 】A.平衡摩擦力时，应将装砂的小桶用细绳通平衡摩擦力时，应将装砂的小桶用细绳通过定滑轮系在小车上。过定滑轮系在小车上。B.每次改变小车质量时，不需要重新平衡摩每次改变小车质量时，不需要重新平衡摩擦力擦力C.实验时，先放开小车，再接通打点计时器实验时，先放开小车，

16、再接通打点计时器电源电源D.小车运动的加速度，可从天平测出装砂小小车运动的加速度，可从天平测出装砂小桶和砂的质量桶和砂的质量m及小车质量时，直接用公式及小车质量时，直接用公式a=mg/M求出求出(mM)。A C例例4在验证在验证“牛顿第二定律牛顿第二定律”的的 实验中，当小车质实验中，当小车质量量m不变时，不变时，a-F图像如图图像如图1所示，则小车的质量所示，则小车的质量m= .如图如图2为小车质量不变实验所得为小车质量不变实验所得aF图像，从图像上图像，从图像上可以看到直线不过原点，其原因是可以看到直线不过原点，其原因是 或或 。研究作用力一定，加速度与质量间关系时，不作研究作用力一定，加

17、速度与质量间关系时，不作a一一M图线，而用图线，而用a1/M图线，其原因是图线，其原因是 。未平衡摩擦力未平衡摩擦力aM图线图线为曲为曲线，而线，而a1/M图线为直线图线为直线平衡摩擦力不足平衡摩擦力不足例例5a，b，c，d四位同学做四位同学做“验证牛顿第二定律验证牛顿第二定律”的实的实验，设小车质量和车上砝码质量之和为验，设小车质量和车上砝码质量之和为M，砂及砂桶的，砂及砂桶的总质量为总质量为m，分别得出如图示的，分别得出如图示的a，b，c，d四个图线，四个图线，其中图其中图a，b，c是是a-F图线，图图线，图d是是a-1/M图线，则以下说图线，则以下说法中正确的是法中正确的是A. a和和b较好地把握了实验条件较好地把握了实验条件Mm