《实验：探究加速度与力、质量的关系》上课用1

探究加速度与力、质量的关系 物 体 的 运 动 状 态 发 生 变 化 ， 即 产 生 加 速 度 。 加 速 度 的 大 小 可 能 与 哪 些 因 素 有 关 呢 ？ “ 力 ” 是 促 使 物 体 运 动 状 态 改 变 的 原 因 ，力 似 乎 “ 促 使 ” 加 速 度 的 产 生 ； 质 量 是 物 体 惯 性 的 量 度 ， 而 惯 性 是 保 持 运动 状 态 不 变 的 性 质 ， 所 以 质 量 似 乎 “ 阻 碍 ”加 速 度 的 产 生 。 知 识 回 顾a可 能 与 F、 m有 关 系 。 猜 想 ：比 较 小 汽 车 和 火 车 :小 汽 车 ： 质 量 小 、 惯 性 小起 动 时 运 动 状 态 相 对 易 改 变火 车 ： 质 量 大 ， 惯 性 大 ， 动 力 大 、起 动 时 运 动 状 态 相 对 难 改 变a、 F、 m三 者 的 关 系 ！ ？ （ 1） 研 究 方 法 ： 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 ？所 以 本 次 的 探 究 思 路 自 然 而 然 地 确 定 为 两 个 方 面 ：一 是 探 究 质 量 一 定 时 ， 加 速 度 与 受 力 的 关 系 ；二 是 探 究 受 力 一 定 时 ， 加 速 度 与 质 量 的 关 系 。最 后 综 合 得 出 三 者 的 关 系 。控 制 变 量 法在 初 中 阶 段 我 们 研 究 “ 欧 姆 定 律 ” 、 “ 导 体 电 阻 的 影 响 因 素 ”时 都 接 触 到 一 种 方 法 a、 F、 m三 者 的 关 系 ！ ？ 控 制 变 量 法 m一 定 aF F一 定 am （ 一 ） 实 验 探 究 ：1、 实 验 方 法 ：2、 实 验 数 据 分 析 方 法 ： 画 出 a-F和 a-1/m的 图 像 方 案 一 ： 问 题 4、 绳 子 的 拉 力 等 于 钩 码 的 重 量 吗 ？ 为 什 么 ？ 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 。 问 题 5、 什 么 情 况 下 钩 码 重 力 可 以 近 似 等 于 绳 子 拉 力 即 小 车 所 受 的 合 外 力 ？ 当 砝 码 质 量 比 小 车 质 量 小 得 多 时 ， 绳 子 的 拉力 近 似 等 于 砝 码 的 重 力 ， 即 小 车 受 到 合 外 力近 似 等 于 砝 码 的 重 力 。 实 验 过 程3（ 1） 用 天 平 测 出 小 车 和 小 盘 的 质 量 M 和 m，并 把 数 据 记 录 下 来 (要 求 ： M m)（ 2） 按 实 验 装 置 图 把 实 验 器 材 安 装 好 ， 但 不要 把 悬 挂 小 盘 的 细 绳 系 在 小 车 上（ 3） 平 衡 摩 擦 力（ 4） 把 细 绳 系 在 小 车 上 ， 并 绕 过 定 滑 轮 ， 先通 电 源 再 放 开 小 车 ， 取 下 纸 带 ， 并 标 注 牵 引 力（ 5） 保 持 小 车 质 量 不 变 ， 在 小 盘 内 放 入 质 量为 m 1的 小 物 体 ， 重 复 上 述 实 验（ 6） 重 复 上 述 实 验 多 次 后 ， 停 止 实 验 ， 整 理 器 材 (2 )把 不 同 质 量 (小 车 与 车 内 砝 码 的 总 质 量 )的 小 车 在相 同 力 作 用 下 产 生 的 加 速 度 填 在 下 表 中 ：实 验 次 数 加 速 度 a/(ms 2) 小 车 的 总 质 量 m/kg1234 由 以 上 数 据 画 出 它 的 a m图 象 及 a 图 象 ， 如 图实 4 3 甲 、 乙 所 示 图 实 4 3通 过 a m和 a 关 系 图 象 ， 我 们 可 以 得 出 小 车 的 加 速度 a与 质 量 m成 反 比 ， 与 质 量 的 倒 数 成 正 比 4、 注 意 事 项 ：1） 小 桶 和 砝 码 的 质 量 要 远 远 小 于 小 车 的 质 量 ， 这样 小 车 受 到 的 拉 力 才 等 于 砝 码 的 质 量2） 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 。 在 平 衡 摩 擦 力 时 ， 不 要 把 悬挂 小 盘 的 细 线 系 在 小 车 上 ， 即 不 要 给 小 车 加 任 何 牵引 力 ， 并 要 让 小 车 拖 着 打 点 的 纸 带 运 动 3） 每 次 开 始 时 小 车 应 尽 量 靠 近 打 点 计 时 器 ， 并 应先 接 通 电 源 ， 再 放 开 小 车 ， 且 应 在 小 车 到 达 滑 轮前 按 住 小 车4） 作 图 象 时 ， 要 使 尽 可 能 多 的 点 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 方 案 二 ： 利 用 气 垫 导 轨 来 探 究 加 速 度与 力 、 质 量 的 关 系 图 2 :滑 块 和 挡 光 片 图 3: 光 电 门 光 电 门 1 光 电 门 2挡 光 板 x X/t 2 22 20 2 1( ) ( )2 2x xv v t ta x x t txt xtvva 120 小 车小 车 夹 子方 案 三 ： 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 m一 定 时 ：F一 定 时 ： 只 需 验 证 ： 2121 FFxx 1221 mmxx 2121 FFaa （ ）1221 mmaa （ ）m 光 滑 水 平 面F 1 某 学 生 做 “ 探 究 加 速 度 与 力 、 质 量 的 关 系 ”的 实 验 在 平 衡 摩 擦 力 时 ， 把 长 木 板 的 一 端 垫 得 过 高 ，使 得 倾 角 偏 大 他 所 得 到 的 a F关 系 可 用 下 列 哪 个图 线 表 示 (图 中 a是 小 车 的 加 速 度 ， F是 细 线 作 用 于小 车 的 拉 力 )( )练 习 ： 2 在 本 实 验 中 ， 在 研 究 加 速 度 a与 小 车 的 质 量 M的关 系 时 ， 由 于 没 有 注 意 始 终 满 足 M m的 条 件 ， 结 果 得到 的 图 象 应 下 是 图 中 的 ( ) 3 在 “ 探 究 加 速 度 与 力 、 质 量 的 关 系 ” 的 实 验 中 ，某 同 学 选 用 的 实 验 装 置 如 图 所 示 (1)在 水 平 实 验 桌 上 放 置 一 端 有 定 滑 轮 的 长 木 板 ，将 不 带 定 滑 轮 的 一 端 适 当 垫 起 的 目 的 是 _.(2)请 指 出 这 位 同 学 实 验 装 置 中 的 三 处 错 误 ：A _ _； B _；C _。 4 、 在 “ 探 究 加 速 度 与 力 、 质 量 的 关 系 ” 的 实 验 中 ， 按 实 验 要 求安 装 好 器 材 后 ， 应 按 一 定 步 骤 进 行 实 验 ， 下 述 操 作 步 骤 的 安 排 顺序 不 尽 合 理 ， 请 将 合 理 的 顺 序 填 写 在 下 面 的 横 线 上 ： _(填字 母 代 号 )A 保 持 重 物 的 质 量 不 变 ， 在 小 车 里 加 砝 码 ， 测 出 加 速 度 ， 重 复几 次B 保 持 小 车 质 量 不 变 ， 改 变 重 物 的 质 量 ， 测 出 加 速 度 ， 重 复 几次C 用 天 平 测 出 小 车 和 重 物 的 质 量D 平 衡 摩 擦 力 ， 使 小 车 近 似 做 匀 速 直 线 运 动E 挂 上 重 物 ， 放 进 砝 码 ， 接 通 打 点 计 时 器 的 电 源 ， 放 开 小 车 ，在 纸 带 上 打 下 一 系 列 的 点 F 根 据 测 量 的 数 据 ， 分 别 画 出 a F和 a 图 线1mDCEABF或 DCEBAF. (2009 江 苏 高 考 )“ 探 究 加 速 度 与 物 体 质 量 、 物 体受 力 的 关 系 ” 的 实 验 装 置 如 图 实 4 4甲 所 示 图 实 4 44、 (1 )在 平 衡 小 车 与 桌 面 之 间 摩 擦 力 的 过 程 中 ， 打 出 了 一 条 纸带 如 图 乙 所 示 计 时 器 打 点 的 时 间 间 隔 为 0 .0 2 s 从 比 较 清晰 的 点 起 ， 每 5 个 点 取 一 个 计 数 点 ， 量 出 相 邻 计 数 点 之 间 的距 离 该 小 车 的 加 速 度 a _m/s2 .(结 果 保 留 两 位 有效 数 字 )(2 )平 衡 摩 擦 力 后 ， 将 5 个 相 同 的 砝 码 都 放 在 小 车 上 挂 上 砝码 盘 ， 然 后 每 次 从 小 车 上 取 一 个 砝 码 添 加 到 砝 码 盘 中 ， 测量 小 车 的 加 速 度 小 车 的 加 速 度 a与 砝 码 盘 中 砝 码 总 重 力 F的实 验 数 据 如 下 表 ： 砝 码 盘 中 砝 码总 重 力 F(N) 0.196 0.392 0.588 0.784 0.980加 速 度 a(ms 2) 0.69 1.18 1.66 2.18 2.70 请 根 据 实 验 数 据 作 出 a F的 关 系 图 象 图 实 4 5(3 )根 据 提 供 的 实 验 数 据 作 出 的 a F图 线 不 通 过 原 点 请 说 明 主 要 原 因 解 析 (1 )a m/s2 0 .1 6 m/s2 或 a m/s2 0 .1 5 m/s2 .(2 )如 图 实 4 6 所 示 图 实 4 6 (3 )小 车 、 砝 码 盘 和 砝 码 组 成 的 系 统 所 受 合 外 力 为 砝 码 盘 和砝 码 的 总 重 力 ， 而 表 中 数 据 漏 计 了 砝 码 盘 的 重 力 ， 导 致 合力 F的 测 量 值 小 于 真 实 值 ， a F图 线 不 过 原 点 答 案 (1 )0 .1 6 (0 .1 5 也 算 对 ) (2 )见 解 析 (3 )未 计 入 砝 码 盘 的 重 力 7.(2009年 台 州 模 拟 )如 图 3 4 10所 示 ， 在 探 究 加速 度 与 力 、 质 量 的 关 系 的 演 示 实 验 中 ， 若 1、 2两 个相 同 的 小 车 所 受 拉 力 分 别 为 F1、 F2， 车 中 所 放 砝 码的 质 量 分 别 为 m1、 m2， 打 开 夹 子 后 经 过 相 同 的 时间 两 车 的 位 移 分 别 为 x1、 x2， 则 在 实 验 误 差 允 许 的范 围 内 ， 有 ( )A 当 m1 m2、 F1 2F2时 ， x1 2x2B 当 m1 m2、 F1 2F2时 ， x2 2x1C 当 m1 2m2、 F1 F2时 ， x1 2x2D 当 m1 2m2、 F1 F2时 ， x2 2x1 8.如 图 所 示 的 实 验 装 置 可 以 探 究 加 速 度 与 力 、 质 量 的 关系 ， 小 车 上 固 定 一 个 盒 子 ， 盒 子 内 盛 有 沙 子 沙 桶 的总 质 量 (包 括 桶 以 及 桶 内 沙 子 质 量 )记 为 m， 小 车 的 总 质量 (包 括 车 、 盒 子 及 盒 内 沙 子 质 量 )记 为 M.(1)验 证 在 质 量 不 变 的 情 况 下 ， 加 速 度 与 合 外 力 成 正 比 ：从 盒 子 中 取 出 一 些 沙 子 ， 装 入 沙 桶 中 ， 称 量 并 记 录 沙桶 的 总 重 力 mg， 将 该 力 视 为 合 外 力 F， 对 应 的 加 速 度 a则 从 打 下 的 纸 带 中 计 算 得 出 多 次 改 变 合 外 力 F的 大 小 ，每 次 都 会 得 到 一 个 相 应 的 加 速 度 本 次 实 验 中 ， 桶 内的 沙 子 取 自 小 车 中 ， 故 系 统 的 总 质 量 不 变 以 合 外 力 F为 横 轴 ， 以 加 速 度 a为 纵 轴 ， 画 出 a F图 象 ， 图 象 是 一条 过 原 点 的 直 线 a F图 象 斜 率 的 物 理 意 义 是 _ 你 认 为 把 沙 桶 的 总 重 力 mg当 作 合 外 力 F是 否 合 理 ？答 ： _.(填 “ 合 理 ” 或 “ 不 合 理 ” ) 本 次 实 验 中 ， 是 否 应 该 满 足 M m这 样 的 条 件 ？答 ： _(填 “ 是 ” 或 “ 否 ” )； 理 由 是_(2)验 证 在 合 外 力 不 变 的 情 况 下 ， 加 速 度 与 质 量 成 反 比 ： 保 持 桶 内沙 子 质 量 m不 变 ， 在 盒 子 内 添 加 或 去 掉 一 些 沙 子 ， 验 证 加 速 度 与质 量 的 关 系 本 次 实 验 中 ， 桶 内 的 沙 子 总 质 量 不 变 ， 故 系 统 所 受的 合 外 力 不 变 用 图 象 法 处 理 数 据 时 ， 以 加 速 度 a为 纵 横 ， 应 该 以 _倒数 为 横 轴