實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系 高一上物理人教版（2019）必修第一冊(cè)

第四章運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系第二節(jié)實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系怎樣理解牛頓第一定律的兩句話？揭示物體的慣性，表明力的作用效果。m—抵抗“物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化”的本領(lǐng)F—迫使“物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化”的原因a—描述“物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化”的快慢加速度與力、質(zhì)量之間有什么樣的定量關(guān)系呢？1．描述物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的物理量是？什么情況下說(shuō)明物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變了？你怎么理解加速度？速度v；速度大小、方向改變時(shí)加速度：描述物體速度變化快慢的物理量2．根據(jù)自己經(jīng)驗(yàn)，物體加速度的大小跟哪些因素有關(guān)？可能有什么關(guān)系？我們用什么方法來(lái)探究加速度跟這些物理量的關(guān)系？3.實(shí)驗(yàn)時(shí)我們需要測(cè)量哪些物理量，怎么測(cè)量？測(cè)量的數(shù)據(jù)怎么處理？為什么？物體的質(zhì)量；物體受到作用力控制變量法m，a，F(xiàn)4．小車運(yùn)動(dòng)過(guò)程中要受到木板給它的摩擦力，怎樣平衡這個(gè)摩擦力？又怎樣去驗(yàn)證摩擦力被完全平衡了？在探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中平衡了摩擦力后，改變重物的質(zhì)量，或者是改變小車的質(zhì)量，是否還需要重新平衡摩擦力呢?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)紙帶沿木板做勻速直線運(yùn)動(dòng)GcosθGsinθGθθFNFf5．實(shí)驗(yàn)結(jié)論：物體的加速度與物體的成反比，與物體成正比。交流電源打點(diǎn)計(jì)時(shí)器軌道紙帶、復(fù)寫紙鉤碼小車刻度尺其他：導(dǎo)線、細(xì)繩槽碼天平實(shí)驗(yàn)器材【方案一】用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究小車的加速度與小車受力、小車質(zhì)量之間的關(guān)系。保持小車質(zhì)量不變，測(cè)量小車在不同作用力下的加速度，分析加速度與力的關(guān)系.【思考】①對(duì)小車受力分析，讓小車受到的合力等于細(xì)繩的拉力，應(yīng)該如何調(diào)整細(xì)繩，如何調(diào)整木板？調(diào)整木板時(shí)懸掛砝碼盤嗎？調(diào)整木板時(shí)紙帶穿過(guò)限位孔嗎？怎樣算調(diào)整好了？②小車在細(xì)繩拉力作用下向左做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，砝碼（包括砝碼盤）的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)呢？③細(xì)繩的拉力近似等于砝碼（包括砝碼盤）重力的條件？（本節(jié)課只要求記住，以后再推導(dǎo)）④為了讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下適當(dāng)多的點(diǎn)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器需要固定在什么位置？小車在什么位置釋放？⑤如何利用紙帶求小車的加速度？還需要什么測(cè)量工具？⑥改變小車所受拉力，多次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，那么如何改變小車所受的拉力呢？⑦試敘述實(shí)驗(yàn)操作步驟1.用天平測(cè)出小車的質(zhì)量。2.安裝好實(shí)驗(yàn)裝置，平衡摩擦力。3.把細(xì)線系在小車上并繞過(guò)滑輪懸掛槽碼，將車?yán)酱螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器附近。4.先打開計(jì)時(shí)器電源，再釋放小車，得到紙帶，并記下鉤碼重量。5.改變槽碼的重量，重復(fù)以上的步驟幾次。6.控制槽碼質(zhì)量不變，改變小車質(zhì)量，再測(cè)幾組數(shù)據(jù)。7.設(shè)計(jì)表格，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。小車質(zhì)量一定:加速度與力的關(guān)系a/(m/s2)0.200.400.610.790.97F/N0.140.280.430.550.58a--F圖象是一條通過(guò)原點(diǎn)的直線通過(guò)得到的圖線，分析F一定時(shí)，a與F的關(guān)系是__________a與F成正比平衡摩擦力操作不當(dāng)?shù)娜N情況：(1)a圖線中，F(xiàn)≠0，a=0，知未平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠(斜面傾角偏小)；(2)b圖線中，F(xiàn)=0，a≠0，知平衡摩擦力過(guò)度(斜面傾角偏大)；(3)c圖線的斜率減小，知質(zhì)量變大，可知未滿足鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量，即所掛鉤碼的質(zhì)量太大。2.用上面的實(shí)驗(yàn)裝置，在保持小車受力不變的情況下，測(cè)量小車質(zhì)量不同時(shí)的加速度，探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系.【思考】①如何保持小車所受拉力不變？②如何改變小車的質(zhì)量？小車所受拉力一定:加速度與質(zhì)量的關(guān)系a/(m/s2)1.080.890.730.560.44m/kg0.200.250.300.400.50a--m圖象是曲線能說(shuō)明a與m的定量關(guān)系嗎？改畫_________圖a--a/(m/s2)1.080.890.730.560.44m/kg0.200.250.300.400.50a--的圖像是一條通過(guò)原點(diǎn)的直線，分析F一定時(shí)，a與m的關(guān)系是__________________a與m成反比【導(dǎo)思】在方案一中，我們?yōu)榱颂骄考铀俣扰c其他量之間的關(guān)系，直接測(cè)出了加速度的大小，如果不直接測(cè)出加速度，我們能否找出加速度和合力、質(zhì)量之間的定量關(guān)系呢？方案二：圖甲中上下兩層水平軌道表面光滑，兩小車前端系上細(xì)線，細(xì)線跨過(guò)滑輪并掛上砝碼盤，兩小車尾部細(xì)線連到控制裝置上，實(shí)驗(yàn)時(shí)通過(guò)控制裝置使兩小車同時(shí)開始運(yùn)動(dòng)，然后同時(shí)停止。【思考】①在安裝實(shí)驗(yàn)裝置時(shí)，應(yīng)調(diào)整滑輪的高度，使________________________________；在實(shí)驗(yàn)時(shí)，為減小系統(tǒng)誤差，應(yīng)使砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量________小車的質(zhì)量②本實(shí)驗(yàn)?zāi)芊裢ㄟ^(guò)比較兩小車的位移大小來(lái)比較兩小車加速度的大?。繛槭裁?？③探究m一定時(shí)，a與F的關(guān)系，如何控制變量？驗(yàn)證什么關(guān)系？細(xì)線與木板平行遠(yuǎn)小于控制小車與車內(nèi)砝碼總質(zhì)量不變，小車加速度與其所受拉力成正比④探究F一定時(shí)，a與m的關(guān)系，如何控制變量？驗(yàn)證什么關(guān)系？⑤某次實(shí)驗(yàn)中獲得數(shù)據(jù)如下表所示：小車Ⅰ、Ⅱ的質(zhì)量m均為200g控制小車所受拉力不變，小車的加速度與其質(zhì)量成反比在第1次實(shí)驗(yàn)中小車Ⅰ從圖乙中的A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)，請(qǐng)將測(cè)量結(jié)果填到表中空格處。通過(guò)分析，可知表中第次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)存在明顯錯(cuò)誤，應(yīng)舍棄。請(qǐng)先在坐標(biāo)紙上建立適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)軸后描點(diǎn)作圖，然后根據(jù)所作的圖線總結(jié)加速度與力的關(guān)系：_____________3在質(zhì)量不變時(shí)小車加速度與拉力成正比【例題】某同學(xué)用圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究小車的加速度a與質(zhì)量m的關(guān)系。所用交變電流的頻率為50Hz。（1）把木板的一側(cè)墊高，調(diào)節(jié)木板的傾斜程度，使小車在不受牽引時(shí)能拖動(dòng)紙帶勻速運(yùn)動(dòng)，這樣做的目的是為了______________________。（2）圖乙是他某次實(shí)驗(yàn)得到的紙帶，兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間有四個(gè)點(diǎn)未畫出，部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在圖中已標(biāo)注。則紙帶的___________(填“左”或“右”)端與小車相連，小車的加速度是___________m/s2。（3）保持小車所受的拉力不變，改變小車質(zhì)量m，分別測(cè)得不同質(zhì)量時(shí)小車加速度a的數(shù)據(jù)如表所示。請(qǐng)?jiān)趫D丙的坐標(biāo)紙中作出a-圖像。根據(jù)a-圖像可以得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是____________________________。平衡摩擦力左0.51在拉力不變時(shí)，小車的加速度與質(zhì)量成反比（注意：這里的力指的是物體所受的合外力）1.m一定，加速度a與F的定量關(guān)系：2.