實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系

1、.1 1、牛頓第一定律正確揭示了運動和力的關(guān)系：牛頓第一定律正確揭示了運動和力的關(guān)系：2 2、牛頓第一定律是牛頓第一定律是理想定律理想定律3 3、慣性慣性力是力是改變改變物體運動狀態(tài)的原因物體運動狀態(tài)的原因力不是力不是維持維持物體運動的原因物體運動的原因不受力的物體是不存在的，不受力的物體是不存在的，不能用實驗來驗證不能用實驗來驗證。一切一切物體在狀態(tài)下都有慣性物體在狀態(tài)下都有慣性 慣性慣性只只與物體的與物體的質(zhì)量質(zhì)量.回顧回顧: : 加速度加速度是描述是描述_的物理量的物理量賽車為什么比普通小車加速快？賽車為什么比普通小車加速快？ 賽車動力強大，賽車動力強大，牽引力大牽引力大滿載的貨車比小車

2、加速慢，原因又是什么呢？滿載的貨車比小車加速慢，原因又是什么呢？ 小車小車質(zhì)量小質(zhì)量小物體的加速度與什么有關(guān)？是怎樣的關(guān)系？物體的加速度與什么有關(guān)？是怎樣的關(guān)系？ 受力大，加速度大；質(zhì)量大，加速度小受力大，加速度大；質(zhì)量大，加速度小 速度變化快慢速度變化快慢問題引入問題引入: :4.2 4.2 實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系. 加速度加速度a a與力與力F F和質(zhì)量和質(zhì)量m m都有關(guān)，我們是分都有關(guān)，我們是分別研究還是一起研究？別研究還是一起研究？ 控制變量法控制變量法 1、控制、控制m相同，探討相同，探討加速度加速度a與與F的關(guān)系的關(guān)系2、控制、控制F相同，

3、探討相同，探討加速度加速度a與與m的關(guān)系的關(guān)系 這種先控制一個參量不變，研究其余參這種先控制一個參量不變，研究其余參量之間變化關(guān)系的方法叫量之間變化關(guān)系的方法叫控制變量法控制變量法.實驗設(shè)計實驗設(shè)計: : 參考方案一參考方案一: :用用打點計時器打點計時器探究探究小車小車: :打點計時器打點計時器: : 測量小車運動過程中的加速度測量小車運動過程中的加速度a鉤碼鉤碼: : 重力提供拉力重力提供拉力 研究對象研究對象, , 天平稱其質(zhì)量天平稱其質(zhì)量m 合力合力F=?F=?GFNFf怎樣測量怎樣測量 m m 、 a a 、 F F ？.平衡摩擦力：平衡摩擦力：GG1F FN NfG G1 1與摩擦

4、力與摩擦力f f平衡平衡問：如果此時給問：如果此時給小車小車加上一個沿斜面向下的拉力加上一個沿斜面向下的拉力F F，那，那它受到的它受到的合力合力F=? F=? 方法：方法：不掛小盤和不掛小盤和鉤碼鉤碼，將木板的一端稍作墊高，將木板的一端稍作墊高，逐漸逐漸調(diào)節(jié)木板的傾角，調(diào)節(jié)木板的傾角，直到直到使小車拖著紙帶使小車拖著紙帶勻速下滑勻速下滑（紙帶紙帶上打下的點間距相等）上打下的點間距相等）gmF整個實驗只需進(jìn)行一次平衡摩擦力的操作整個實驗只需進(jìn)行一次平衡摩擦力的操作鉤碼的重力，即鉤碼的重力，即.繩子的拉力等于繩子的拉力等于鉤碼的重力鉤碼的重力嗎？嗎？ 不等于！因為鉤碼向下加速，所以不等于！因為鉤

5、碼向下加速，所以繩子的拉力小于鉤碼的重力繩子的拉力小于鉤碼的重力. . 小車所受的合外力小車所受的合外力F F近似等于鉤碼所受近似等于鉤碼所受的重力的條件的重力的條件: : 1、平衡了摩擦力、平衡了摩擦力2、鉤碼的質(zhì)量比小車質(zhì)量小得多、鉤碼的質(zhì)量比小車質(zhì)量小得多,即即m m.例如：例如：a a與與F F的關(guān)系的有關(guān)數(shù)據(jù)資料如下表的關(guān)系的有關(guān)數(shù)據(jù)資料如下表. . (1)畫出畫出aF圖象圖象a a/(ms/(ms2 2) )1.981.984.064.065.955.958.128.12F F/N/N1.001.002.002.003.003.004.004.00(2)(2)從圖象可判定：從圖象可

6、判定：當(dāng)當(dāng)m m一定時，一定時，a a與與F F成成正比正比1、控制、控制m相同，探討相同，探討加速度加速度a與與F的關(guān)系的關(guān)系m m一定，一定， a Fa F；.注意：注意： 因?qū)嶒炛胁豢杀苊獾爻霈F(xiàn)誤差，描出因?qū)嶒炛胁豢杀苊獾爻霈F(xiàn)誤差，描出的點不完全在一條直線上的點不完全在一條直線上 連線時應(yīng)使直線過盡量多的點，不在直連線時應(yīng)使直線過盡量多的點，不在直線上的點應(yīng)大致對稱分布在直線兩側(cè)，離直線上的點應(yīng)大致對稱分布在直線兩側(cè)，離直線較遠(yuǎn)的點應(yīng)視為錯誤數(shù)據(jù)，不予考慮線較遠(yuǎn)的點應(yīng)視為錯誤數(shù)據(jù)，不予考慮 a a與與F F成正比，圖線是過原點的直線成正比，圖線是過原點的直線.例如：例如：a a與與m m

7、的有關(guān)數(shù)據(jù)資料如下表的有關(guān)數(shù)據(jù)資料如下表. . 實驗實驗次數(shù)次數(shù)加速度加速度a a/(ms/(ms2 2) )小車與砝碼小車與砝碼總質(zhì)量總質(zhì)量m m/kg/kg小車與砝碼小車與砝碼總質(zhì)量的倒數(shù)總質(zhì)量的倒數(shù)m m1 1/kg/kg1 11 10.290.290.200.205.05.02 20.250.250.250.254.04.03 30.220.220.300.303.33.34 40.180.180.350.352.92.95 50.160.160.400.402.52.52、控制、控制F相同，探討相同，探討加速度加速度a與與m的關(guān)系的關(guān)系.(1)畫出畫出a 圖象圖象m1(2)(2)從圖

8、象可以判定：當(dāng)從圖象可以判定：當(dāng)F F一定時，一定時，a a與與m m成反比成反比F F一定，一定， a1/ma1/m.五、誤差分析五、誤差分析1 1質(zhì)量的測量誤差、紙帶上打點計時器質(zhì)量的測量誤差、紙帶上打點計時器打點間隔距離的測量誤差，拉線或紙帶不與打點間隔距離的測量誤差，拉線或紙帶不與木板平行等都會造成誤差木板平行等都會造成誤差2 2用小盤及砝碼的總重力代替小車受到用小盤及砝碼的總重力代替小車受到拉力，存在系統(tǒng)誤差拉力，存在系統(tǒng)誤差3 3平衡摩擦力不準(zhǔn)造成誤差平衡摩擦力不準(zhǔn)造成誤差.實驗原理實驗原理: :若物體作初速度為零的勻加速直線運動若物體作初速度為零的勻加速直線運動, ,則則: :

9、變形得變形得: : 在實驗中，我們讓兩個小車在實驗中，我們讓兩個小車同時運動同時同時運動同時停下停下, ,時間相同，則加速度的比值等于運動位時間相同，則加速度的比值等于運動位移的比值，即移的比值，即: :參考案例二參考案例二22txa 221atx 2121xxaa.實驗數(shù)據(jù)處理實驗數(shù)據(jù)處理 次數(shù)次數(shù)1 12 23 34 4F1F2F1 /F2x1x22121xxaa結(jié)論結(jié)論:2121FFaa物體的加速度與力成正比物體的加速度與力成正比1 1、控制、控制m m相同，探討相同，探討加速度加速度a a與與F F的關(guān)系的關(guān)系.次數(shù)次數(shù)1 12 23 34 4m1m2m2 /m1x1x22121xxa

10、a結(jié)論結(jié)論:1221mmaa物體的加速度與質(zhì)量成反比物體的加速度與質(zhì)量成反比2、控制、控制F相同，探討相同，探討加速度加速度a與與m的關(guān)系的關(guān)系.例題例題1 1某同學(xué)在做某同學(xué)在做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系系”的實驗時，畫出了如圖所示的三條圖線，的實驗時，畫出了如圖所示的三條圖線，這三條圖線表示實驗中的這三條圖線表示實驗中的_不同不同 小車的質(zhì)量小車的質(zhì)量.解析解析過過F F軸上的某一點作一條平行于軸上的某一點作一條平行于a a軸的直軸的直線，與三條圖線有三個交點，可以看出三個交點對線，與三條圖線有三個交點，可以看出三個交點對應(yīng)的縱坐標(biāo)應(yīng)的縱坐標(biāo)a a的值不同，的值不

11、同，a a的值越小，運動狀態(tài)越難的值越小，運動狀態(tài)越難改變，慣性越大，質(zhì)量也就越大，改變，慣性越大，質(zhì)量也就越大，答案答案這三條圖線表示實驗中的這三條圖線表示實驗中的小車的質(zhì)量小車的質(zhì)量不同不同.實驗誤差分析實驗誤差分析例例2 2用如圖所示的裝置研究質(zhì)量一定時，用如圖所示的裝置研究質(zhì)量一定時，加速度與力的關(guān)系實驗中認(rèn)為細(xì)繩對小車的加速度與力的關(guān)系實驗中認(rèn)為細(xì)繩對小車的作用力作用力F等于沙和桶的總重力等于沙和桶的總重力mg. 根據(jù)測得的根據(jù)測得的數(shù)據(jù)作出數(shù)據(jù)作出aF 圖線圖線發(fā)現(xiàn)橫軸上的截距發(fā)現(xiàn)橫軸上的截距OA較較大，明顯地超出了偶然誤差的范圍，這是由于大，明顯地超出了偶然誤差的范圍，這是由于在

12、實驗中沒有在實驗中沒有_平衡摩擦力平衡摩擦力.解析解析細(xì)繩對小車的拉力細(xì)繩對小車的拉力F F達(dá)到一定的數(shù)值前，達(dá)到一定的數(shù)值前，小車仍靜止，表示木板的摩擦力不能忽略，同時小車仍靜止，表示木板的摩擦力不能忽略，同時也表明該同學(xué)做實驗時，沒有給實驗裝置平衡摩也表明該同學(xué)做實驗時，沒有給實驗裝置平衡摩擦力擦力答案答案給實驗裝置平衡摩擦力給實驗裝置平衡摩擦力.變式訓(xùn)練變式訓(xùn)練2如果某同學(xué)根據(jù)測得的數(shù)據(jù)作出的如果某同學(xué)根據(jù)測得的數(shù)據(jù)作出的aF圖線如圖線如圖所示，則：圖所示，則：實驗中出現(xiàn)誤差的原因是什么？實驗中出現(xiàn)誤差的原因是什么？平衡摩擦力時，長木板的傾角過大平衡摩擦力時，長木板的傾角過大解析解析當(dāng)力

13、當(dāng)力F F為零時，加速度為零時，加速度不為零，就說明當(dāng)力為零時，不為零，就說明當(dāng)力為零時，小車仍在長木板上向下加速，小車仍在長木板上向下加速，其原因就是平衡摩擦力時長木其原因就是平衡摩擦力時長木板傾角過大，使得小車的重力板傾角過大，使得小車的重力沿斜面向下的分力大于小車所沿斜面向下的分力大于小車所受滑動摩擦力，所以應(yīng)重新調(diào)受滑動摩擦力，所以應(yīng)重新調(diào)整木板，平衡摩擦力整木板，平衡摩擦力.四、實驗注意事項四、實驗注意事項例例4 4在在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的的實驗中，當(dāng)作用力一定時實驗中，當(dāng)作用力一定時(懸掛的小盤和重物所受懸掛的小盤和重物所受的重力不變的重力不變

14、)，探索加速度與質(zhì)量的關(guān)系時，下列，探索加速度與質(zhì)量的關(guān)系時，下列說法正確的是說法正確的是()A平衡摩擦力時，應(yīng)將小盤用細(xì)繩通過定滑輪平衡摩擦力時，應(yīng)將小盤用細(xì)繩通過定滑輪系在小車上系在小車上B每次改變小車質(zhì)量時，不需要重新平衡摩擦每次改變小車質(zhì)量時，不需要重新平衡摩擦力力C實驗時，先放開小車，再接通打點計時器的實驗時，先放開小車，再接通打點計時器的電源電源D小車運動的加速度可用天平測出小車的質(zhì)量小車運動的加速度可用天平測出小車的質(zhì)量M和和小盤和重物小盤和重物的質(zhì)量的質(zhì)量m，用公式，用公式 求出求出gMma B.解析解析在平衡摩擦力時，不應(yīng)將裝沙的小桶通過定滑輪在平衡摩擦力時，不應(yīng)將裝沙的小桶

15、通過定滑輪連在小車上，而是在木板后端墊上適應(yīng)厚度的薄片，再連在小車上，而是在木板后端墊上適應(yīng)厚度的薄片，再觀察小車能在木板上帶著紙帶勻速下滑即可，故選項觀察小車能在木板上帶著紙帶勻速下滑即可，故選項A A錯錯誤，誤，B B正確；操作時應(yīng)先接通打點計時器的電源再放開小正確；操作時應(yīng)先接通打點計時器的電源再放開小車，故選項車，故選項C C錯誤；牛頓第二定律是本實驗要達(dá)到的目標(biāo)，錯誤；牛頓第二定律是本實驗要達(dá)到的目標(biāo)，不能把它作為理論根據(jù)來計算加速度，其加速度只能從不能把它作為理論根據(jù)來計算加速度，其加速度只能從紙帶提供的數(shù)據(jù)計算得出，故選項紙帶提供的數(shù)據(jù)計算得出，故選項D D錯誤錯誤答案答案B.光電門光電門1 1光電門光電門2 2擋光板擋光板xX & t方案三：方案三：利用氣墊導(dǎo)軌來探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系利用氣墊導(dǎo)軌來探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系2222021()()22xxvvttaxxttxtxtvva120.光電門光電門數(shù)字計