实验：探究加速度与力、质量关系

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二节 实验：探究加速度与力、质量的关系,1,问题,物体运动状态变化的快慢和什么有关？,1,、质量,2,、受力,生 活 再 现,更多资源尽在 飞鸥网,2,m,m,F,1,F,2,m,1,m,2,F,F,F,1,F,2,m,1,m,2,定性讨论,1,定性讨论,2,理 论 推 理,3,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？,4,控制变量法,“a”,与“,F”,、“,m”,二个物理量均有关系，,应该从何处入手呢？,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；,二是保证,外力,不变，探究,加速度与质量,的关系。,研究方法,实 验 探 究,5,方案一：,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？,如何求质量？,如何求力？,小车,纸带,打点计时器,（,1,）实验仪器,（,2,）实验步骤,（,3,）注意事项,（,4,）误差来源,6,实验器材,小车,、一端附有滑轮的长木板、垫块、小桶和砂、细绳、钩码,打点计时器,、纸带及复写纸、,4,6V,交流电源、两根导线、夹子,天平、砝码、刻度尺、两张坐标纸,7,实验步骤,(1),用天平测出小车和小桶的质量,M,和,m,(2),按图所示把实验器材安装好,(3),平衡摩擦力,：,A.,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,.,B.,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，打点计时器正常工作。,D.,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。,8,(4),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，重复步骤,(4),多次，每次在相应的纸带上做上标记，将数据填写在记录表格内,(6),建立坐标系，用纵坐标表示加速度，横坐标表示力，在坐标系上描点，画出相应的图线以探究,a,与,F,的关系,(7),保持砂及小桶的质量不变，改变小车的质量,M(,在小车上增减砝码,),，重复上述步骤,(5),、,(6),探究,a,与,M,的关系,9,注意事项：,小盘和砝码的质量要远小于小车的质量,(m,M),只有这样，小车受的拉力才可以,近似等于,砝码的重力。,平衡摩擦力,：,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，直到拖在小车后面的纸带上打出的点距均匀为止。,10,小车,小车,夹子,方案二：,课本上参考案例中的实验方案,由于两小同时启动、同时停止,故运动时间相同,1,、平衡摩擦：使小车在不放砝码时近似做匀速,直线运动。,2,、桶和,砝码的质量要比小车的质量小很多。,11,1,、控制变量,M,，探讨加速度,a,与,F,的关系。,对,质量相同,的物体来说，物体的加速度跟作用在物体上的力成正比：,正比于,12,2.,控制变量,F,，探讨加速度,a,与,M,的关系。,在,相同的力,作用下，物体的加速度跟物体的质量成反比：,13,方案三：,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,14,光电门,1,光电门,2,挡光板,x,t,更多资源尽在 飞鸥网,15,当小车质量不变时,次数,F/N,a/m,s,-2,1,2,3,4,5,当所受合力不变时,次数,M/kg,a/m,s,-2,1,2,3,4,5,实验数据处理：,表格记录,16,F,/,N,a/m,s,-2,0.15,0.30,0.45,0.60,0.75,0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5,当小车质量不变时,次数,F/N,a/m,s,-2,1,2,3,4,5,如何更直观地处理数据？,0.10 0.146,0.20 0.302,0.30 0.428,0.40 0.592,0.50 0.751,17,m,/,kg,a/m,s,-2,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2,当拉力不变时,次数,M/kg,a/m,s,-2,1,2,3,4,5,0.400 0.861,0.500 0.692,0.750 0.470,1.000 0.352,1.200 0.290,18,a/m,s,-2,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5,/kg,-1,m,1,当拉力不变时,次数,M/kg,a/m,s,-2,1,2,3,4,5,1/M(kg,-1,),2.50,2.00,1.33,1.00,0.83,0.400 0.861,0.500 0.692,0.750 0.470,1.000 0.352,1.200 0.290,运用数学工具处理非线性关系的数据。如变,a-m,图象为,a1/m,图象，即“,变曲为直,”。 进行,线性化处理,。,19,在反复试验的基础上,得出结论,得出结论：,在反复应用于预测和实践都正确时才能成为定律,20,实验系统误差,本实验系统误差主要有两个来源：,平衡摩擦力,不足或过度,平衡摩擦力,不足或过度会导致图像,不过坐标原点,。,没有保证,M,m,没有保证,M,m,会导致图像,向着远离加速度轴弯曲,。,更多资源尽在 飞鸥网,21,a,F,a,F,a,F,22,a,1/M,a,1/M,a,1/M,23,m,M,24,m,M,25,例,1,在“验证牛顿第二定律”的实验中备有下列器材：,A,打点计时器；,B,天平,(,带砝码,),；,C,秒表；,D,低压直流电源；,E,纸带和复写纸；,F,导线、细线,G,小车；,H,砂和小桶；,I,带滑轮长木板其中多余的器材是,(,填代号,),缺少的器材是,C D,刻度尺,低压交流电源,26,例,2,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,【 】,A,.,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。,B,.,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。,D,.,小车应靠近打点计时器，且应先接通电源再释放小车。,BCD,27,例,3,在“验证牛顿第二定律”的实验中，在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,【 】,A,.,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。,B,.,每次改变小车质量时，不需要重新平衡摩擦力,C,.,实验时，先放开小车，再接通打点计时器电源,D,.,小车运动的加速度，可从天平测出装砂小桶和砂的质量,m,及小车质量时，直接用公式,a,=,mg,/,M,求出,(,m,M,),。,A C,28,例,4,在验证“牛顿第二定律”的 实验中，当小车质量,m,不变时，,a-F,图像如图,1,所示，则小车的质量,m,=,.,如图,2,为小车质量不变实验所得,a,F,图像，从图像上可以看到直线不过原点，其原因是,或,。,研究作用力一定，加速度与质量间关系时，不作,a,一,M,图线，而用,a,1/,M,图线，其原因是,。,0.71kg,未平衡摩擦力,a,M,图线,为曲线，而,a1/M,图线为直线,平衡摩擦力不足,29,例,5,a,，,b,，,c,，,d,四位同学做“验证牛顿第二定律”的实验，设小车质量和车上砝码质量之和为,M,，砂及砂桶的总质量为,m,，分别得出如图示的,a,，,b,，,c,，,d,四个图线，其中图,a,，,b,，,c,是,a-F,图线，图,d,是,a,-1/,M,图线，则以下说法中正确的是,A.,a,和,b,较好地把握了实验条件,M,m,B,c,和,d,则没有把握好实验条件,M,m,C,a,同学木板的倾角太小，而,b,同学长木板角度太大,D,a,、,b,、,c,三同学中，,c,同学较好地完成了平衡摩擦力,的操作,ABCD,30,2m 2.5m 3m 7m 10m,0.5/m 0.40 /m 0.33/m 0.14/m 0.10/m,2.83,2.35,2.00,0.75,0.41,m,31,总结,：,1.,M,越大描点越接近坐标原点,2.,车质量越小图像弯曲的误差越大,3.,若恰好平衡了摩擦力加速度表达式如何变化？图像又如何变化？,4.,图像不过原点的原因？,32,例,7,图乙是图甲的俯视图。两个质量相等的小车，放在水平桌面上，前端各系一条细绳，绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘里可放砝码。两个小车通过细线用夹子固定，打开夹子，小盘和砝码牵引小车运动，合上夹子，两小车同时停止。实验中可以通过在小盘中增减砝码来改变小车所受的拉力。为了探究加速度大小和力大小之间的关系，下列做法中正确的是,A,使小盘和砝码的总质量尽可能与小车质量相等,B,用刻度尺测量两小车通过的位移，通过比较位移来得知加速度大小与力大小之间的关系,C,在两小盘内及两小车内分别放置相同质量的砝码进行实验,D,在两小盘内放置相同质量的砝码，在两小车内放置不同质量的砝码,进行实验,答：,B,33,