实验：探究加速度与力、质量的关系-课件-高一上学期物理人教版(2019)必修第一册

4.2实验：探究加速度与力、质量的关系2019版必修一引入思考：物体的加速度a和什么有关？1、质量2、受力例如：空载汽车从静止加速到100km/h，只需十几秒的时间，而满载的货车加速就慢的多。例如：竞赛用的小汽车，质量不很大，却安装着强大的发动机，可以获得很大的加速度。实验思路

物体的加速度a可能和哪些因素有关？mF1mF2F1<F2m2Fm1<m2m1F控制变量法结论：当物体质量一定时，物体的加速度随着力的增大而增大。结论：当力的大小一定时，物体的加速度随着质量的增大而减小.一、实验目的力质量加速度加速度探究加速度与力、质量的关系二、实验设计整体思路可能影响加速度的因素有两个，一是质量，二力外力。怎样才能判断某一可能因素是否对加速度有影响呢？控制变量法。在探究质量对加速度的影响时，控制合外力不变，改变研究对象质量的大小，观察加速度的变化。在探究外力对加速度的影响时，探究研究对象的质量不变，改变外力的大小，观察研究对象加速度的变化。二、实验设计要测量的物理量力质量加速度物理量的测量

质量的测量m天平加速度的测量a打点计时器公式法推论法比较法

物理量的测量

质量的测量m天平加速度的测量a打点计时器力的测量F重物牵引mg实验方案的设计

方案1:用阻力补偿法探究加速度与力、质量的关系方案2：位移比较法由于两小车同时启动、同时停止，故运动时间相同，两小车移动的距离为：转化为测位移1.探究加速度与力的关系

保持其中一个小盘和重物的总质量不变，另一个小盘和重物的总质量逐渐加大，但是不要过大，测出每次的小盘和重物的总质量与对应的纸带距离。2.探究加速度与质量的关系

保持牵引小车的小盘和重物的总质量不变，改变小车的质量，测出每次小车的质量和对应的位移。进行试验

调试实验装置进行实验加速度与力的关系加速度与质量的关系小车质量一定拉力F加速度a质量m加速度a小车所受拉力一定数据分析绘制a-F图像。若这些点大致在同一条直线上，故可以判断在质量一定时，物体的加速度与其所受的合外力成正比。分析a~FF/Na/m·s-20.150.300.450.600.75

00.10.20.30.40.5当小车质量不变时次数F/Na/m·s-2123450.100.1460.200.3020.300.4280.400.5920.500.751如何更直观地处理数据？作a-F图可以直观看出数据的关系，注意：使尽量多的点在直线上，不在直线上的点应对称分布在直线的两侧，误差较大的舍去.数据分析分析a~F数据分析若加速度的大小随质量的增大而减小。但这时仅从图像上不能判断加速度就一定与质量成反比，因为也有可能是其他的函数关系，如二次函数，摆线。绘制a-m图像。分析a~mm/kga/ms-20.20.40.60.81.000.20.40.60.81.01.2次数m/kga/m.s-212345/kg-12.502.001.331.000.83a/m·s-20.20.40.60.81.000.51.01.52.02.5/kg-1m10.4000.8610.5000.6920.7500.4701.0000.3521.2000.290当拉力不变时m1a与m不成正比关系，怎么研究？以a为纵坐标，以为横坐标，作出

图像，若图像是一条直线，说明a与成正比，即a与m成反比.分析a~m数据分析►平衡摩擦力时不要挂小盘，平衡摩擦力后，不管以后是改变小盘中重物的质量，还是改变小车上所加砝码的质量，都不需要重新平衡摩擦力。►实验时要先接通电源后放开小车。►实验中必须满足小车和小车上所加砝码的总质量远大于重物和小盘的总质量。只有如此，重物和小盘的总重力才可视为与小车受到的拉力相等。►每次开始时小车应尽量靠近打点计时器(或尽量远离带滑轮的一端)，且在小车到达滑轮前应按住小车。►作图线时，要使尽可能多的点落在所作直线上，不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线两侧，离直线较远的点应该舍去不予考虑。五点注意事项

►实验原理不完善造成误差：小盘及盘中砝码的总质量越小，误差越小。

如图说明拉力很大时，AB段明显偏离直线，即所挂小盘及盘中砝码的总质量太大，不满足远小于小车和车中砝码的总质量的条件。►平衡摩擦力不准造成误差：实验一环里中设定为光滑水平面情形，所以实验中应平衡摩擦力，若未平衡摩擦力或平衡不当就会带来系统误差。

如图中直线①，说明平衡摩擦力过度了，即拉力F=0时已产生加速度，其加速度是重力的分力过大形成的。若出现图甲中的直线②，说明平衡摩擦力不够，因为拉力大于F0时产生的加速度。误差分析

阻力补偿法控制变量法近似法图像法化曲为直法解析答案解析实验时首先要补偿阻力，使小车受到的合力等于细绳对小车的拉力，故①正确；补偿阻力的方法是：小车与纸带相连，小车前面不挂砂桶，把小车放在垫有垫块的平板上并给小车一个初速度，看小车能否做匀速直线运动，故②错误；补偿阻力后，mgsinθ＝μmgcosθ＋f纸，故每次改变拉小车的拉力后都不需要重新补偿阻力，③错误；实验中通过在砂桶中增加砂子来改变小车受到的拉力，故④正确；实验中应先接通电源，后放开小车，使纸带得到充分利用，故⑤错误；实验中牵引小车的绳子应跟平板平行，使小车沿绳子拉力的方向运动，故⑥正确。故选D。解析典型考点三实验数据处理及误差分析3．某同学设计了一个“探究加速度a与物体所受合力F及物体质量m的关系”的实验，所用交流电源的频率为50Hz。(1)如图甲所示为某次实验得到的纸带的一部分，根据纸带可求出小车的加速度大小为________m/s2。(结果保留两位有效数字)3.2

(3)保持小车的质量不变，改变槽码的质量，该同学根据实验数据作出了加速度a随合力F变化的图线，如图丙所示。该图线不通过原点，其主要原因是____________________________。补偿阻力过度

解析解析典型考点四实验创新4．如图所示是某同学探究加速度与力的关系的实验装置。他在气垫导轨上安装了一个光电门B，滑块上固定一宽度为d的遮光条，滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连，传感器下方悬挂钩码，每次滑块都从A处由静止释放。(1)下列不必要的一项实验要求是________(请填写选项前对应的字母)。A．应使A位置与光电门间的距离适当大些B．应将气垫导轨调节水平C．应使细线与气垫导轨平行D．应使滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量(2)实验时，将滑块从A位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门B的时间t，若要得到滑块的加速度，还需要测量的物理量是____________________________________。D

解析5．某同学设计了如下实验方案用来“探究加速度与力、质量的关系”：①如图甲所示，将木板有定滑轮的一端垫起，将滑块通过细绳与带夹子的重锤相连，然后跨过定滑轮，重锤下夹一纸带，穿过固定的打点计时器，调整木板倾角，直到向下轻推滑块后，滑块沿木板匀速运动。②如图乙所示，保持长木板的倾角不变，将打点计时器安装在长木板上靠近定滑轮处，取下细绳和重锤，将滑块与纸带相连，使纸带穿过打点计时器，然后接通电源释放滑块，使滑块由静止开始加速运动。打点计时器使用的是频率为50Hz的交流电源，打出的纸带如图丙所示，A、B、C、D、E是纸带上的五个计数点。(1)图乙中滑块下滑的加速度为________m/s2。(结果保留两位有效数字)(2)若重锤质量为m，滑块质量为M，重力加速度为