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1、4.2 实验：探究加速度 与力、质量的关系第四章 牛顿运动定律 复习思考复习思考实验实验: :探究加速度与力、质量的关系探究加速度与力、质量的关系牛顿第一定律牛顿第一定律 从牛顿第一定律你能做出那些思考？从牛顿第一定律你能做出那些思考？ 物体运动状态改变的原因是什么物体运动状态改变的原因是什么运动状态变化运动状态变化速度变化速度变化加速度加速度力力迫使迫使表现为表现为 产生产生产生产生力是产生加速度的原因问题问题影响物体加速度的因素？影响物体加速度的因素？生活实例生活实例物体的加速度与物物体的加速度与物 体所受外力以及物体所受外力以及物 体的质量有关体的质量有关事实说明：事实说明：m m 一定
2、时，一定时，F F 大，加速度大大，加速度大F F 一定时，一定时，m m 大，加速度小大，加速度小a a、F F、mm 间的定量关系间的定量关系 ？猜想猜想基于简单的原则基于简单的原则m m 一定时，一定时，F F 大，加速度大大，加速度大 a a F F猜猜F F 一定时，一定时，m m 大，加速度小大，加速度小猜猜a a 1 1mm实验探究实验探究加速度加速度 a a 与合外力与合外力 F F 的关系的关系实验设计实验设计控制变量控制变量1 1装置设计装置设计2 2纸带纸带小车小车托盘托盘保持物体质量不变，改变物体所受外力，分析加保持物体质量不变，改变物体所受外力，分析加 速度速度 a
3、a 与外力与外力 F F 的关系的关系2.物体的质量用测量1.怎样测量物体的加速度？天平天平3.3.如何改变小车的质量？如何改变小车的质量？砝码砝码方案一：小车、打点计时器、纸带、一端 带滑轮的长木板、细线、砝码、小盘、刻 度尺、天平为器材，研究小车运动。怎么得出合 外力F？从打点计时器打出 的纸带计算出小车 的加速度a用天平测出小 车的质量m小盘和重物的总重力G是小车受到的合 外力F吗？思考：小车在运动方向上受几个力的作用 ？细绳对小车的拉力等于小车所受的合 力吗？平衡摩擦力：平衡摩擦力是指小车所受动力（重力沿斜 面分力）与小车所受阻力（包括小车所受 摩擦力和打点计时器对小车所拖纸带的摩 擦
4、力）大小相等。注意：平衡摩擦力时不要挂小桶注意： 平衡摩擦力平衡摩擦力 将木板一侧垫高，以补偿摩擦力及其他阻力。将木板一侧垫高，以补偿摩擦力及其他阻力。调节木板倾斜度，使小车在不受牵引时能拖动调节木板倾斜度，使小车在不受牵引时能拖动 纸带沿木板匀速运动。纸带沿木板匀速运动。此时小盘和重物总重力才 是小车受到的合外力。小车所受合力等于细 绳对小车的拉力。只有当小车的质量远大于小盘和砝码的总 质量时,小车所受拉力F才近似等于盘和砝码 的总重力. 即MM mm时，时，F=mgF=mg小车纸 带 打点计时器 电源砝 码改进后的实验装置图：把木板一端垫高， 平衡小车受到的摩 擦力实验探究实验探究实验过程
5、实验过程3 3（1 1）用天平测出小车和小盘的质量）用天平测出小车和小盘的质量 M M 和和mm，并把，并把数据记录下来数据记录下来( (要求：要求：MM mm) ) （2 2）按实验装置图把实验器材安装好，但不要把）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悬挂小盘的细绳系在小车上 （3 3）平衡摩擦力）平衡摩擦力 （4 4）把细绳系在小车上，并绕过定滑轮，先接通）把细绳系在小车上，并绕过定滑轮，先接通 电源再放开小车，取下纸带，并标注牵引力电源再放开小车，取下纸带，并标注牵引力 （5 5）保持小车质量不变，在小盘内放入质量为）保持小车质量不变，在小盘内放入质量为mm1
6、1的小物体，重复上述实验的小物体，重复上述实验 （6 6）重复上述实验多次后，停止实验，整理器材）重复上述实验多次后，停止实验，整理器材实验探究实验探究（2 2）数据采集）数据采集 小车质量小车质量 MM = kg = kg次数次数牵引力牵引力 F/F/N N F F = ( = (m+mm+mi i ) )g g加速度加速度 a /a /（mm/s /s2 2）1 12 23 34 45 5加速度加速度 a a 与合外力与合外力F F的关系的关系（1 1）控制变量）控制变量实验设计实验设计实验探究实验探究数据处理数据处理数据分析数据分析2 2用纵坐标表示加速度用纵坐标表示加速度 a a，横坐
7、标表示牵引力，横坐标表示牵引力F F 作作a a F F 图象图象次数次数牵引力牵引力F F/N/N加速度加速度a a1 1 2 2 3 3 4 4 5 50.200.20 0.300.30 0.400.40 0.500.50 0.600.600.300.300.100.10 0.150.15 0.210.21 0.260.26F F/N/Na a/ms/ms2 20 00.100.100.200.200.300.300.400.400.200.20 0.400.40 0.600.60a a F F 图象是一条过原点的倾斜直线图象是一条过原点的倾斜直线a a F F实验探究实验探究加速度加速度
8、 a a 与物体质量与物体质量mm 的关系的关系控制变量控制变量1 1实验设计实验设计保持小车所受合外力不变，改变小车的质量保持小车所受合外力不变，改变小车的质量 mm， 分析加速度分析加速度 a a 与质量与质量 m m 的关系的关系装置设计装置设计2 2实验探究实验探究实验过程实验过程3 3（1 1）用天平测出小车质量）用天平测出小车质量 M M ，并把数据记录下来，并把数据记录下来 （2 2）按实验装置图把实验器材安装好，但不要把）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悬挂小盘的细绳系在小车上 （3 3）平衡摩擦力）平衡摩擦力 （4 4）把细绳系在小车上，并绕过定
9、滑轮，先接通）把细绳系在小车上，并绕过定滑轮，先接通 电源再放开小车，取下纸带，标注小车质量电源再放开小车，取下纸带，标注小车质量 （5 5）保持小盘质量不变，在小车增加砝码质量为）保持小盘质量不变，在小车增加砝码质量为mm1 1，重复上述实验，重复上述实验（6 6）重复上述实验多次后，停止实验，整理器材）重复上述实验多次后，停止实验，整理器材实验探究实验探究数据处理数据处理数据采集数据采集1 1牵引力牵引力 F F = N = N次数次数小车质量小车质量mm = (= (M+mM+mi i )/K)/Kg g加速度加速度 a / a / mms s2 21 12 23 34 45 5m/ /
10、 kga/ms -20.20.40.60.81.00 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 当 拉 力 不 变 时次数m/kga/m s -212345/kg-12.502.001.331.000.83m10.400 0.8610.500 0.6920.750 0.4701.000 0.3521.200 0.290a/ms -20.20.40.60.81.00 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 /kg -1m1数据处理数据处理 数据分析数据分析问题问题1 1a a mm 为曲线能为曲线能 否说明否说明 a a 与与m m 成成 反比？反比？问题问题2 2如何进步研究？如何进步研
11、究？a0m m1实验结论实验结论3 3a a 图象是一条过原点的倾斜直线图象是一条过原点的倾斜直线1 1mm 说明：在牵引力一定时，说明：在牵引力一定时， a a 与与m m 成反比成反比 结论：结论： mm一定，一定，a aF F F F一定，一定，a a 1/m1/m注意：注意：1.1.平衡摩擦力平衡摩擦力2.2.小车和车上砝码的总质量远大于小车和车上砝码的总质量远大于小小 盘和盘中盘和盘中砝码的总质量。砝码的总质量。方案二：以两只小车、一端带滑轮的长木 板、粗线、砝码、钩码、天平、刻度尺、 宽口夹子为实验器材，研究小车的运动。小车小车夹子方案二：由于两小同时启动、同时停止,故运动时间相同
12、实实 验验 方方 案案质量保 持不变合外 力保 持不 变1、控制m相同，探讨加速度a与F的关系实验方案原理：如图所示x1x2F1F2F1, F2，在相同 的时间内:x1= a1t2x2 = a2t2a1/ a2=x1/x2测量出x1 、x2 2、控制F相同，探讨加速度a与m的关系气垫导轨装置你是否还有其他的实验方案?光电门1光电门2挡光板xX/t方案三：利用气垫导轨来探究加速度与力、质 量的关系Fa0某同学根据测量数据画出a-F图 线，表明实验中的问题是:没有平衡掉摩擦力Fa0a0m m11、要平衡小车的摩擦力; 2、拉小车的钩码质量应远小于小车的质量; 3、图象法处理实验数据技巧.实验结论：
13、（注意：这里的力指的是物体所受的合外力 ）1、m一定，加速度a与F的定量关系：2、F一定，加速度a与m的定量关系:小结：1、力是物体产生加速度的原因2、实验方法：控制变量法3、实验结论：1.在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，关于平衡摩擦力的说法中正确的是( )A.“平衡摩擦力”的本质就是让小车受到的摩擦力为零B.“平衡摩擦力”的本质就是使小车所受的重力沿斜面方向的分力与所受到的摩擦阻力相平衡C.“平衡摩擦力”的目的就是要使小车所受的合力等于所挂砝码通过细绳和滑轮对小车施加的拉力D.“平衡摩擦力”是否成功，可根据小车拖动的由打点计时器打出的纸带上的点迹间距是否均匀来确定BCD2.在“探究
14、加速度与力、质量的关系”的实验中备有下列器材：A.打点计时器;B.天平;C.秒表;D.低压交流电源;E.电池;F.纸带;G.细绳、砝码、小车、小盘；H.薄木板;I.装有细砂的小桶其中多余的器材是_；缺少的器材是_.【解析】多余的器材是秒表、电池；缺少的是刻度尺、一端带滑轮的长木板.答案：C、E 刻度尺、一端带滑轮的长木板3. 在做“探究加速度与力、质量的关系”的实验时，计算出各纸带的加速度后，将测得的反映加速度a和力F关系的有关资料记录在表一中.将测得的反映加速度a和质量M关系的有关资料记录在表二中.1.984.065.958.121.002.003.004.00表一(1)根据表中所列数据，分
15、别画出a-F图象和a- 图象.(2)由图象可以判定：当M一定时，a与F的关系为_；当F一定时，a与M的关系为_.2.042.663.233.980.500.670.801.00表二【解析】本题主要考查本实验的数据处理问题以及结合图表综合分析问题的能力.（1）分别画出a-F与a- 的坐标，按表中数据进行描点，作一直线，使直线经过大多数点即可得到图象，如图甲、乙所示.（2）由于图线为直线，所以a与F成正比，a与M成反比.答案：（1）见解析图 (2)正比关系 反比关系4.在“探究加速度与力、质量关系”的实验中(1)某小组得到一条打点的纸带,相邻计数点间的时间间隔为T,且间距x1、x2、x3、x4、x5、x6已量出,如图所示,计算D点的瞬时速度的表达式,加速度的表达式.(2)另一小组在该实验中得到了如下一组实
