实验：探究加速度与力、质量的关系

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,*,*,课堂检测：,1,、,牛顿第一定律正确揭示了运动和力的关系：,2,、,牛顿第一定律是,理想定律,3,、,惯性,力是,改变,物体运动状态的原因,力不是,维持,物体运动的原因,不受力的物体是不存在的，,不能用实验来验证,。,一切,物体在,任何,状态下都有惯性,惯性,只,与物体的,质量,有关,实验,+,推理,回顾,:,加速度,是描述,_,的物理量,赛车为什么比普通小车加速快？,赛车动力强大，,牵引力大,满载的货车比小车加速慢，原因又是什么呢？,小车,质量小,物体的加速度与什么有关？是怎样的关系？,受力大，加速度大；质量大，加速度小,速度变化快慢,问题引入,:,4.2,实验：探究加速度与力、质量的关系,加速度,a,与力,F,和质量,m,都有关，我们是分别研究还是一起研究？,控制变量法,1,、控制,m,相同，探讨,加速度,a,与,F,的关系,2,、控制,F,相同，探讨,加速度,a,与,m,的关系,这种先控制一个参量不变，研究其余参量之间变化关系的方法叫,控制变量法,实验设计,:,参考方案一,:,用,打点计时器,探究,小车,:,打点计时器,:,测量小车运动过程中的加速度,a,钩码,:,重力提供拉力,研究对象,天平称其质量,m,合力,F=?,G,F,N,F,f,怎样测量,m,、,a,、,F,？,平衡摩擦力：,G,G,1,F,N,f,G,1,与摩擦力,f,平衡,问：如果此时给,小车,加上一个沿斜面向下的拉力,F,，那它受到的,合力,F=?,方法：,不挂小盘和,钩码,，,将木板的一端稍作垫高，,逐渐调节木板的倾角，,直到,使小车拖着纸带,匀速下滑,（,纸带上打下的点间距相等）,整个实验只需进行一次平衡摩擦力的操作,钩码的重力，即,绳子的拉力等于,钩码的重力,吗？,不等于！因为钩码向下加速，所以绳子的拉力小于钩码的重力,.,小车所受的合外力,F,近似等于钩码所受的重力的条件,:,1,、平衡了摩擦力,2,、钩码的质量比小车质量小得多,即,m m,例如：,a,与,F,的关系的有关数据资料如下表,.,(1),画出,a,F,图象,a,/(m,s,2,),F,/N,(2),从图象可判定：当,m,一定时，,a,与,F,成正比,1,、控制,m,相同，探讨,加速度,a,与,F,的关系,m,一定，,a F,；,注意：,因实验中不可避免地出现误差，描出的点不完全在一条直线上,连线时应使直线过尽量多的点，不在直线上的点应大致对称分布在直线两侧，离直线较远的点应视为错误数据，不予考虑,a,与,F,成正比，图线是过原点的直线,例如：,a,与,m,的有关数据资料如下表,.,实验,次数,加速度,a,/(m,s,2,),小车与砝码,总质量,m,/kg,小车与砝码,总质量的倒数,m,1,/kg,1,1,0.29,0.20,5.0,2,0.25,0.25,4.0,3,0.22,0.30,3.3,4,0.18,0.35,2.9,5,0.16,0.40,2.5,2,、控制,F,相同，探讨,加速度,a,与,m,的关系,(1),画出,a,图象,(2),从图象可以判定：当,F,一定时，,a,与,m,成反比,F,一定，,a1/m,五、误差分析,1,质量的测量误差、纸带上打点计时器打点间隔距离的测量误差，拉线或纸带不与木板平行等都会造成误差,2,用小盘及砝码的总重力代替小车受到拉力，存在系统误差,3,平衡摩擦力不准造成误差,实验原理,:,若物体作初速度为零的匀加速直线运动,则,:,变形得,:,在实验中，我们让两个小车,同时运动同时停下,时间相同，则加速度的比值等于运动位移的比值，即,:,参考案例二,实验数据处理,次数,1,2,3,4,F,1,F,2,F,1,/F,2,x,1,x,2,结论,:,物体的加速度与力成正比,1,、控制,m,相同，探讨,加速度,a,与,F,的关系,次数,1,2,3,4,m,1,m,2,m,2,/m,1,x,1,x,2,结论,:,物体的加速度与质量成反比,2,、控制,F,相同，探讨,加速度,a,与,m,的关系,例题,1,某同学在做,“,探究加速度与力、质量的关系,”,的实验时，画出了如图所示的三条图线，这三条图线表示实验中的,_,不同,小车的质量,解析,过,F,轴上的某一点作一条平行于,a,轴的直线，与三条图线有三个交点，可以看出三个交点对应的纵坐标,a,的值不同，,a,的值越小，运动状态越难改变，惯性越大，质量也就越大，,答案,这三条图线表示实验中的,小车的质量,不同,实验误差分析,例,2,用如图所示的装置研究质量一定时，加速度与力的关系实验中认为细绳对小车的作用力,F,等于沙和桶的总重力,mg,.,根据测得的数据作出,a,F,图线,发现横轴上的截距,OA,较大，明显地超出了偶然误差的范围，这是由于在实验中没有,_,平衡摩擦力,解析,细绳对小车的拉力,F,达到一定的数值前，小车仍静止，表示木板的摩擦力不能忽略，同时也表明该同学做实验时，没有给实验装置平衡摩擦力,答案,给实验装置平衡摩擦力,变式训练,2,如果某同学根据测得的数据作出的,a,F,图线如图所示，则：,实验中出现误差的原因是什么？,平衡摩擦力时，长木板的倾角过大,解析,当力,F,为零时，加速度不为零，就说明当力为零时，小车仍在长木板上向下加速，其原因就是平衡摩擦力时长木板倾角过大，使得小车的重力沿斜面向下的分力大于小车所受滑动摩擦力，所以应重新调整木板，平衡摩擦力,四、实验注意事项,例,4,在,“,探究加速度与力、质量的关系,”,的实验中，当作用力一定时,(,悬挂的小盘和重物所受的重力不变,),，探索加速度与质量的关系时，下列说法正确的是,(,),A,平衡摩擦力时，应将小盘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，再接通打点计时器的电源,D,小车运动的加速度可用天平测出小车的质量,M,和,小盘和重物,的质量,m,，用公式 求出,B,解析,在平衡摩擦力时，不应将装沙的小桶通过定滑轮连在小车上，而是在木板后端垫上适应厚度的薄片，再观察小车能在木板上带着纸带匀速下滑即可，故选项,A,错误，,B,正确；操作时应先接通打点计时器的电源再放开小车，故选项,C,错误；牛顿第二定律是本实验要达到的目标，不能把它作为理论根据来计算加速度，其加速度只能从纸带提供的数据计算得出，故选项,D,错误,答案,B,光电门,1,光电门,2,挡光板,x,X,&,t,方案三：,利用气垫导轨来探究加速度与力、质量的关系,光电门,数字计时器,拓展探究,课堂小结,本节课以实验为依据，采用控制变量法进行研究，根据已掌握的物理知识设计实验方案，探索物理规律是物理学研究的重要方法。,猜想与假设,实验验证,思考：如何设计实验,?,事实是不是这样？,m,一定，,a F,；,F,一定，,a1/m,。,