4.2實(shí)驗(yàn)探究加速度與力質(zhì)量的關(guān)系（課件）高中物理一體化資源

知識(shí)回顧一、牛頓第一定律

物體總保持

狀態(tài)或

狀態(tài)，除非作用在它上面的

迫使它改變這種狀態(tài)。①

是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因。②也可以說力是改變物體

的原因。③力是產(chǎn)生

的原因。二、慣性與質(zhì)量慣性：物體總有保持原來勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止?fàn)顟B(tài)的

。①慣性是物體的

屬性，

力的作用。②

都具有慣性。③慣性只與

有關(guān)，質(zhì)量越大慣性越

，質(zhì)量越小慣性越

。④慣性與物體是否受到外力、物體是否運(yùn)動(dòng)均

關(guān)系，質(zhì)量才是慣性大小的唯一量度。一切勻速直線運(yùn)動(dòng)靜止力力速度加速度性質(zhì)固有不是一切物體質(zhì)量大小沒有4.2實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系

第四章運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系人教版高中物理必修一前面我們學(xué)習(xí)了怎樣描述物體的運(yùn)動(dòng)，但是沒有討論物體為什么會(huì)運(yùn)動(dòng)。要討論這個(gè)問題，必須知道運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系。在力學(xué)中，只研究物體怎樣運(yùn)動(dòng)而不涉及運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系的分支，叫作運(yùn)動(dòng)學(xué)（kinematics）；研究運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系的分支，叫作動(dòng)力學(xué)（dynamics）。動(dòng)力學(xué)知識(shí)在生產(chǎn)和科學(xué)研究中很重要，設(shè)計(jì)各種機(jī)器，控制交通工具，研究天體運(yùn)動(dòng)等，都離不開動(dòng)力學(xué)知識(shí)。學(xué)習(xí)目標(biāo)1.明確影響物體加速度的兩個(gè)因素——力和質(zhì)量。（物理觀念）2.學(xué)會(huì)測(cè)量物體的質(zhì)量、加速度和受到的力，通過實(shí)驗(yàn)探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系。（科學(xué)探究）3.會(huì)運(yùn)用圖像法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。（科學(xué)探究）導(dǎo)入新課速度是描述

的物理量，加速度是描述

的物理量。因此也可以說，加速度是描述

的物理量。由前面的學(xué)習(xí)我們知道，

是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，質(zhì)量大的物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)

改變。這說明，加速度與力、質(zhì)量之間必然存在一定的關(guān)系。下面我們來探究加速度與力、質(zhì)量之間的定量關(guān)系。物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)速度變化快慢物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化快慢力不容易導(dǎo)入新課本節(jié)實(shí)驗(yàn)分別從“加速度與力的關(guān)系”和“加速度與質(zhì)量的關(guān)系”兩方面進(jìn)行研究。一、探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系（1）學(xué)會(huì)用

法探究物理規(guī)律。（2）探究

的關(guān)系。（3）掌握利用

處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的方法。實(shí)驗(yàn)?zāi)康模嚎刂谱兞考铀俣扰c力、質(zhì)量圖像一、探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系將小車置于水平木板上，通過滑輪與槽碼相連。小車可以在槽碼的牽引下運(yùn)動(dòng)（圖4.2-1）。（1）探究加速度與力的關(guān)系：保持

不變，通過改變槽碼的個(gè)數(shù)改變小車所受的

。小車所受的拉力可認(rèn)為與槽碼所受的重力

。測(cè)得不同拉力下小車運(yùn)動(dòng)的

，分析加速度與拉力的變化情況，找出二者之間的定量關(guān)系。實(shí)驗(yàn)思路——控制變量法小車質(zhì)量拉力相等加速度一、探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系（2）探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系：保持

不變，通過在小車上增加重物改變小車的

。測(cè)得不同質(zhì)量的小車在這個(gè)拉力下運(yùn)動(dòng)的加速度，分析加速度與質(zhì)量的變化情況，找出二者之間的定量關(guān)系。小車所受的拉力質(zhì)量一、探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系（1）質(zhì)量的測(cè)量可以用

測(cè)量質(zhì)量。為了改變小車的質(zhì)量，可以在小車中

。一、探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系物理量的測(cè)量本實(shí)驗(yàn)需要測(cè)量的物理量有三個(gè)：

、

和

。物體的質(zhì)量物體所受的作用力物體運(yùn)動(dòng)的加速度天平增減砝碼的數(shù)量一、探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系（2）加速度的測(cè)量方法1：小車做初速度為0的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，則測(cè)量小車加速度最直接的辦法就是用

測(cè)量小車移動(dòng)的位移x，并用

測(cè)量發(fā)生這段位移所用的時(shí)間t，然后由

計(jì)算出加速度a。方法2：將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶連在小車上，根據(jù)紙帶上打出的點(diǎn)來測(cè)量加速度（參考第一章的實(shí)驗(yàn)方法）。由Δx=

來計(jì)算加速度?？潭瘸呙氡?/p>

一、探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系方法3：在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中

加速度的具體數(shù)值。這是因?yàn)槲覀兲骄康氖羌铀俣扰c其他物理量之間的

關(guān)系，因此測(cè)量不同情況下物體加速度的比值即可。如果能做到讓兩個(gè)做初速度為0的勻加速直線運(yùn)動(dòng)的物體的

相等，那么由（1）式可知，它們的位移之比就等于

之比，即

。這樣，測(cè)量加速度就轉(zhuǎn)換成測(cè)量位移了。也可以不測(cè)量比例運(yùn)動(dòng)時(shí)間t加速度

一、探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系方法4（擴(kuò)）：利用a=

求加速度。如在氣墊導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)的滑塊，測(cè)出其始、末速度和對(duì)應(yīng)的位移即可求得滑塊的加速度。

一、探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系（3）力的測(cè)量現(xiàn)實(shí)中，僅受一個(gè)力作用的物體

。然而，一個(gè)單獨(dú)的力的作用效果與跟它大小、方向都相同的合力的作用效果是

的。因此，實(shí)驗(yàn)中作用力F的含義可以是

。如何為運(yùn)動(dòng)的物體提供一個(gè)恒定的合力，如何測(cè)出這個(gè)合力是本實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵，有很多可行的方法。下面參考案例中的方法可供選用，也可以設(shè)計(jì)其他方法。幾乎不存在相同物體所受的合力等效替代法。一、探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。用

的方法為小車提供拉力，把木板的一端

，以

打點(diǎn)計(jì)時(shí)器對(duì)小車的阻力及其他阻力。測(cè)出槽碼的總重力，它近似等于

。懸掛槽碼墊高補(bǔ)償小車運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的拉力BC1.63.2二、用阻力補(bǔ)償法探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系二、用阻力補(bǔ)償法探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系二、用阻力補(bǔ)償法探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)步驟（1）用天平測(cè)出

的質(zhì)量，并記錄數(shù)值。（2）按圖將實(shí)驗(yàn)器材安裝好（小車上不系繩）。使小車做加速運(yùn)動(dòng)的是細(xì)繩的拉力，而不是槽碼的重力。小車紙帶上相鄰點(diǎn)間距相等。二、用阻力補(bǔ)償法探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系（3）阻力補(bǔ)償：把木板無(wú)滑輪的一端下面墊一薄木板，反復(fù)移動(dòng)其位置，使小車在不掛槽碼的情況下，能拖動(dòng)紙帶沿木板做

運(yùn)動(dòng)。（4）把小車停在

打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處，掛上

，先接通

，再讓小車拖著紙帶在木板上

下滑，打出一條紙帶。計(jì)算槽碼的

力，即小車所受的

力，由紙帶計(jì)算出小車的

，并把槽碼的重力和對(duì)應(yīng)的加速度記錄在表格中。重力的分力補(bǔ)償阻力。勻速直線靠近槽碼電源勻加速重拉加速度所掛槽碼的重力作為小車受到的合力的兩個(gè)前提：①補(bǔ)償了阻力。②所掛槽碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車和車上砝碼的總質(zhì)量。二、用阻力補(bǔ)償法探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系（5）改變槽碼的

,重復(fù)步驟（4），并多做幾次，將對(duì)應(yīng)的重力和加速度也記錄在表格中。個(gè)數(shù)二、用阻力補(bǔ)償法探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系（6）保持小車受的

不變，通過增減小車中的重物改變小車的

，讓小車在木板上運(yùn)動(dòng)打出紙帶。計(jì)算小車上的重物和小車的總質(zhì)量，并由紙帶計(jì)算出小車對(duì)應(yīng)的加速度，把相應(yīng)數(shù)據(jù)記錄在表格中。（7）改變小車中重物的質(zhì)量,重復(fù)步驟（6），并多做幾次，將對(duì)應(yīng)的質(zhì)量和加速度也記錄在表格中。拉力質(zhì)量二、用阻力補(bǔ)償法探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系數(shù)據(jù)處理為了更直觀地判斷加速度a與拉力F的定量關(guān)系，我們以

為縱坐標(biāo)、

為橫坐標(biāo)建立直角坐標(biāo)系。根據(jù)各組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)。如果這些點(diǎn)在一條過原點(diǎn)的直線附近，說明加速度a與拉力F成

比。如果不是這樣，則需進(jìn)一步分析。如圖所示,該圖像是一條通過原點(diǎn)的直線。aF正二、用阻力補(bǔ)償法探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系為了分析加速度a與質(zhì)量m的定量關(guān)系，我們同樣需要建立直角坐標(biāo)系。經(jīng)驗(yàn)告訴我們，在相同拉力作用下，質(zhì)量m越大，加速度a越

。這可能是“a與m成反比”，但也可能是“a與

成反比”，甚至是更復(fù)雜的關(guān)系。我們從最簡(jiǎn)單的情況入手，檢驗(yàn)是否“a與m成反比”。小

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4.2-4所示，我們很難直觀看出圖線是否為雙曲線，如何解決這個(gè)問題呢？二、用阻力補(bǔ)償法探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系

雙曲

過原點(diǎn)的直線二、用阻力補(bǔ)償法探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系（1）物體的質(zhì)量m不變時(shí)，物體的加速度a與力F成正比。（2）物體所受的力F不變時(shí)，物體的加速度a與質(zhì)量m成反比。實(shí)驗(yàn)結(jié)論二、用阻力補(bǔ)償法探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系

誤差分析二、用阻力補(bǔ)償法探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系如出現(xiàn)圖甲、乙中的①直線，說明平衡摩擦力時(shí)，平衡過度了，即拉力F=0時(shí)，已產(chǎn)生加速度a，其加速度是由重力的分力與摩擦力的合力產(chǎn)生的。出現(xiàn)圖甲、乙中的②直線,說明平衡摩擦力不夠或根本沒有平衡摩擦力。二、用阻力補(bǔ)償法探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系（3）實(shí)驗(yàn)原理不完善引起的誤差實(shí)驗(yàn)中用槽碼的總重力代替小車受到的拉力（實(shí)際上小車受到的拉力要小于槽碼的總重力）存在系統(tǒng)誤差。若實(shí)驗(yàn)中得到的a-F圖像如圖所示，拉力F很大時(shí)，AB段明顯偏離直線,說明此時(shí)懸掛的槽碼的總質(zhì)量不滿足遠(yuǎn)小于小車和車中的槽碼的總質(zhì)量的條件。二、用阻力補(bǔ)償法探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系（1）每條紙帶必須在滿足小車與車上所加槽碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)大于懸掛槽碼的總質(zhì)量的條件下打出。（2）改變拉力或小車質(zhì)量后，每次開始時(shí)小車應(yīng)盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，并先接通電源，再放開小車，且在小車碰到滑輪前按住小車。（3）描點(diǎn)要準(zhǔn)確，要使盡可能多的點(diǎn)在所作的圖線上，不在圖線上的點(diǎn)應(yīng)盡可能對(duì)稱地分布在所作圖線的兩側(cè)，遠(yuǎn)離圖線的點(diǎn)直接舍去。注意事項(xiàng)二、用阻力補(bǔ)償法探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系不需要不滿足小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于砂和砂桶的總質(zhì)量（或“不滿足砂和砂桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量”等類似答案均可）

0.39AB三、通過位移之比測(cè)量加速度之比三、通過位移之比測(cè)量加速度之比ADBCD運(yùn)動(dòng)時(shí)間質(zhì)量不能四、用氣墊導(dǎo)軌、光電門探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)裝置四、用氣墊導(dǎo)軌、光電門探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系（1）

氣墊導(dǎo)軌，讓滑塊在槽碼拉力的作用下做加速運(yùn)動(dòng)，記錄滑塊通過光電門的

、槽碼的質(zhì)量、兩光電門間的

。（2）保持滑塊質(zhì)量不變，通過增加（或減少）槽碼的質(zhì)量來改變拉力的大小，重復(fù)實(shí)驗(yàn)幾次，記下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。（3）保持槽碼的質(zhì)量不變，