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1、2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1复习思考复习思考复习思考复习思考牛顿第一定律牛顿第一定律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？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迫使迫使迫使迫使表现为表现为表现为表现为表现为表现为产生产生产生产生产生产生产生产生产生产生产生产生力是产生加速度的原因力是产生加速度的原因2质量
2、是惯性大小的量度 相同力作用下 质量大，运动状态难改变，惯性大。质量小，运动状态易改变，惯性小 。运动状态-速度运动状态改变-速度改变产生加速度质量惯性状态改变的难易加速度的大小3法法拉拉利利F2003-GA赛赛车车与与著著名名战战斗斗机机“飓飓风风2000”思考：思考：物体加速度物体加速度a和哪些因素有关？和哪些因素有关？4加速度大小与物体受力大小有关加速度大小与物体受力大小有关加速度还与物体质量有关加速度还与物体质量有关质量一定时，受力越大，其加速度越大质量一定时，受力越大，其加速度越大受力一定时，质量越小，其加速度越大。受力一定时，质量越小，其加速度越大。 注意：这里的力指的是物体所受的
3、合外力。注意：这里的力指的是物体所受的合外力。5明确几个问题明确几个问题:1.实验要说明什么问题实验要说明什么问题?3.如何由实验得出结论如何由实验得出结论?2.怎么设计这个实验怎么设计这个实验? a与与F关系关系? a与与m关系关系?1.测量哪些量测量哪些量?2.怎么测量怎么测量?数据处理数据处理控制一个量控制一个量不变不变 a、F、m m： a:F:天平天平打点计时器打点计时器物体所受的物体所受的合力合力6研究方法：研究方法：控制变量法控制变量法保持物体的质量不变，测量物体在不同保持物体的质量不变，测量物体在不同作用下的加速度，分析加速度与合外力作用下的加速度，分析加速度与合外力的关系。的
4、关系。保持物体所受力合外力相同，测量不同保持物体所受力合外力相同，测量不同质量的物体在该力下的加速度，分析加质量的物体在该力下的加速度，分析加速度与质量的关系。速度与质量的关系。7制定实验方案、设计实验制定实验方案、设计实验 小车、打点计时器、纸带、小车、打点计时器、纸带、学生电源、一端带滑轮的长木板、细学生电源、一端带滑轮的长木板、细线、刻度尺、天平、钩码线、刻度尺、天平、钩码2.物体的质量用测量物体的质量用测量天平天平1.怎样测量物体的加速度？怎样测量物体的加速度？3.怎样给小车提供一个恒定的合力？怎样给小车提供一个恒定的合力？实验器材：实验器材：8实验探究实验探究实验探究实验探究问题问题
5、1如何测量加速度？如何测量加速度？如何测量加速度？如何测量加速度？问题问题2如何测量小车受到的拉力？如何测量小车受到的拉力？如何测量小车受到的拉力？如何测量小车受到的拉力？问题问题3如何减小摩擦力的影响？如何减小摩擦力的影响？如何减小摩擦力的影响？如何减小摩擦力的影响？方案一：方案一：9实验探究实验探究实验探究实验探究实验过程实验过程实验过程实验过程实验过程实验过程3 3 3（1 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）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）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 M 和和和和和和m mm，并把，
6、并把，并把，并把，并把，并把 数据记录下来数据记录下来数据记录下来数据记录下来数据记录下来数据记录下来( ( (要求：要求：要求：要求：要求：要求：MMM m mm) ) ) 说明：说明：说明：M M M 为小车以及小车上的砝码的总质量为小车以及小车上的砝码的总质量为小车以及小车上的砝码的总质量 m m m 为小盘以及小盘上的砝码的总质量为小盘以及小盘上的砝码的总质量为小盘以及小盘上的砝码的总质量注意: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. . 即即M m时，时，F=mg10实验过程实验过程实验过程实验过程3 3（1 1 1 1）用天平测出小车和
7、小盘的质量）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）用天平测出小车和小盘的质量 M M M M 和和和和m m m m，并把数据记录下来并把数据记录下来并把数据记录下来并把数据记录下来( ( ( (要求：要求：要求：要求：M M M M m m m m) ) ) )（2 2 2 2）按实验装置图把实验器材安装好，但不）按实验装置图把实验器材安装好，但不）按实验装置图把实验器材安装好，但不）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要把悬挂小盘的细绳系在小车上要把悬挂小盘的细绳系在小车上要把悬挂小盘的细绳系在小车上（3 3 3 3）平衡摩擦力）平衡摩擦力）平衡
8、摩擦力）平衡摩擦力（4 4 4 4）把细绳系在小车上，并绕过定滑轮，先）把细绳系在小车上，并绕过定滑轮，先）把细绳系在小车上，并绕过定滑轮，先）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，并标注牵引力通电源再放开小车，取下纸带，并标注牵引力通电源再放开小车，取下纸带，并标注牵引力通电源再放开小车，取下纸带，并标注牵引力（5 5 5 5）保持小车质量不变，在小盘内放入质量）保持小车质量不变，在小盘内放入质量）保持小车质量不变，在小盘内放入质量）保持小车质量不变，在小盘内放入质量为为为为m m m m1 1 1 1的小物体，重复上述实验的小物体，重复上述实验的小物体，重复上述实验
9、的小物体，重复上述实验（6 6 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）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11例：例：平衡摩擦力平衡摩擦力将长木板不带滑轮一端适当垫高，使将长木板不带滑轮一端适当垫高，使小车的重力沿斜面向下的分力与摩擦小车的重力沿斜面向下的分力与摩擦力平衡。力平衡。怎样就算平衡好摩擦力了？怎样就算平衡好摩擦力了？12实验探究实验探究实验探究实验探究数据处理数据处理数据采集数据采集数据采集数据采集数据采集数据采集1 1 1在上述实验的每条纸带上都选取一段比较理想（一在上述实验的每条纸带上都
10、选取一段比较理想（一在上述实验的每条纸带上都选取一段比较理想（一在上述实验的每条纸带上都选取一段比较理想（一在上述实验的每条纸带上都选取一段比较理想（一在上述实验的每条纸带上都选取一段比较理想（一般舍头去尾）的部分，选择计数点，测量相应的位般舍头去尾）的部分，选择计数点，测量相应的位般舍头去尾）的部分，选择计数点，测量相应的位般舍头去尾）的部分，选择计数点，测量相应的位般舍头去尾）的部分，选择计数点，测量相应的位般舍头去尾）的部分，选择计数点，测量相应的位移，计算打每条纸带的加速度移，计算打每条纸带的加速度移，计算打每条纸带的加速度移，计算打每条纸带的加速度移，计算打每条纸带的加速度移，计算打
11、每条纸带的加速度 a a ai i i ( ( ( i i i = 1 = 1 = 1、2 2 2、) ) )，并，并，并，并，并，并记录在表格中记录在表格中记录在表格中记录在表格中记录在表格中记录在表格中13实验探究实验探究实验探究实验探究数据处理数据处理数据分析数据分析数据分析数据分析数据分析数据分析2 2 2用纵坐标表示加速度用纵坐标表示加速度用纵坐标表示加速度用纵坐标表示加速度用纵坐标表示加速度用纵坐标表示加速度 a a a，横坐标表示牵引力，横坐标表示牵引力，横坐标表示牵引力，横坐标表示牵引力，横坐标表示牵引力，横坐标表示牵引力F F F作作作作作作a a a F F F 图象图象图
12、象图象图象图象0.200.200.300.300.400.400.500.500.600.600.300.300.100.100.150.150.210.210.260.26F F F/N/N/Na a a/ms/ms/ms2 220 0 00.100.100.100.200.200.200.300.300.300.400.400.400.200.200.200.400.400.40 0.600.600.60a 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 F14实验探究实验探究实验探究实验探究加速度加速度加速度加速度
13、a a 与物体的质量与物体的质量与物体的质量与物体的质量 m m 的关系的关系的关系的关系控制变量控制变量控制变量控制变量控制变量控制变量1 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 m mm，分析加速度分析加速度分析加速度分析加速度分析加速度分析加速度 a a a 与质量与质量与质量与质量与质量与质量 m m m 的关系的关系的关系的关系的关系的关系装置设计装置设计装置设计装置设计装置
14、设计装置设计2 2 215实验探究实验探究实验探究实验探究实验过程实验过程实验过程实验过程实验过程实验过程3 3 3（1 1 1）用天平测出小车质量）用天平测出小车质量）用天平测出小车质量）用天平测出小车质量）用天平测出小车质量）用天平测出小车质量 M M M ，并把数据记录下来，并把数据记录下来，并把数据记录下来，并把数据记录下来，并把数据记录下来，并把数据记录下来（2 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）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）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
15、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悬挂小盘的细绳系在小车上悬挂小盘的细绳系在小车上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 3）平衡摩擦力）平衡摩擦力）平衡摩擦力）平衡摩擦力）平衡摩擦力）平衡摩擦力（4 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）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）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，标注小车质量电源再放开小车，取下纸带，标注小车质量电源再放开小车，取
16、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 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）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）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 m mm1 11，重复上述实验，重复上述实验，重复上述实验，重复上述实验，重复上述实验，重复上述实验（6 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）重复上述实验多次后
17、，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）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16实验探究实验探究实验探究实验探究数据处理数据处理数据采集数据采集数据采集数据采集数据采集数据采集1 1 1在上述实验的每条纸带上都选取一段比较理想（一在上述实验的每条纸带上都选取一段比较理想（一在上述实验的每条纸带上都选取一段比较理想（一在上述实验的每条纸带上都选取一段比较理想（一在上述实验的每条纸带上都选取一段比较理想（一在上述实验的每条纸带上都选取一段比较理想（一般舍头去尾）的部分，选择计数点，测量相应的位般舍头去尾）的部分，选择计数点，测量相应的
18、位般舍头去尾）的部分，选择计数点，测量相应的位般舍头去尾）的部分，选择计数点，测量相应的位般舍头去尾）的部分，选择计数点，测量相应的位般舍头去尾）的部分，选择计数点，测量相应的位移，计算打每条纸带的加速度移，计算打每条纸带的加速度移，计算打每条纸带的加速度移，计算打每条纸带的加速度移，计算打每条纸带的加速度移，计算打每条纸带的加速度 a a ai i i ( ( ( i i i = 1 = 1 = 1、2 2 2、) ) )，并，并，并，并，并，并记录在表格中记录在表格中记录在表格中记录在表格中记录在表格中记录在表格中17实验探究实验探究实验探究实验探究数据处理数据处理数据分析数据分析数据分析
19、数据分析数据分析数据分析2 2 2问题问题1a m 为曲线能为曲线能否说明否说明 a 与与m 成成反比？反比？问题问题2如何进步研究？如何进步研究？a0m0.400 0.8610.500 0.6920.750 0.4701.000 0.3521.200 0.29018m/ / kga/ms -20.20.40.60.81.00 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2a/ms -20.20.40.60.81.00 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 /kg -1m1/kg -12.502.001.331.000.83m10.400 0.8610.500 0.6920.750 0.47
20、01.000 0.3521.200 0.29019a0mm1实验结论实验结论实验结论实验结论实验结论实验结论3 3 3a 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 与与m 成反比成反比20方案二方案二：以小车、一端带滑轮的长木板、：以小车、一端带滑轮的长木板、粗线、砝码、钩码、天平、刻度尺、宽口粗线、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。夹子为实验器材，研究小车的运动。注意：只有当盘和砝码的质量要比小车的注意：只有当盘和砝码的质量要比小车的质量小得多时，小车所受拉力才近似等于质量小得多时，小车所受拉力
21、才近似等于盘和砝码的总重力。盘和砝码的总重力。1.1.怎样测量（或比较）物体的加速度？怎样测量（或比较）物体的加速度？2.2.怎样提供和测量物体所受的拉力怎样提供和测量物体所受的拉力F ？211、控制、控制m相同，探讨相同，探讨加速度加速度a与与F的关系的关系实验方案原理：实验方案原理：如图所示如图所示x1x2F1F2F1, F2，在相同在相同的时间内的时间内:x1= a1t2x2 = a2t2a1/ a2=x1/x2测量出测量出x1 、x2 2、控制、控制F相同，探讨相同，探讨加速度加速度a与与m的关系的关系22m一定时：一定时：F一定时：一定时： 只需验证：只需验证：（ ）（ ）m m光滑
22、水平面光滑水平面F F23光电门光电门1 1光电门光电门2 2挡光板挡光板 xX/t方案三：方案三：利用气垫导轨来探究加速度利用气垫导轨来探究加速度与力、质量的关系与力、质量的关系24图图 1 : 1 : 气垫导轨装置气垫导轨装置25图图 2 :2 :滑块和挡光片滑块和挡光片 26图图 3: 3: 光电门光电门 27结果分析结果分析: :某同学根据测某同学根据测量数据画出量数据画出a-Fa-F图线，表明实图线，表明实验中的问题是验中的问题是: : aF0没有平衡掉摩擦力没有平衡掉摩擦力28例 某两个同学用图4-2-5所示的装置（图中A为小车，B为带滑轮的长木板，C为水平桌面），分别在探究加速度
23、与外力间的关系实验中，各自得到的图象如图4-2-6中甲和乙所示，则出现此种现象的原因甲是 ，乙是 木板倾角过大木板倾角过大木板倾角过小木板倾角过小29 一句话，物理学的规律不是通过有限的几个实验“归纳”出来的，本节实验只是让我们对于自然规律的探究有所体验。 有了这样的认识，就大可不必因为数据与书本不一致而苦恼，更不能随意更改记录去“凑数”，也许，这样的差异孕育着新的发现，或至少能检验出你的错误。我们的责任是忠实地记录一切原始数据3030Fa0a0mm11、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.31课堂总结课堂总结课堂总结课堂总结力是产生加速度的
24、原因力是产生加速度的原因力是产生加速度的原因力是产生加速度的原因在物体质量一定时，在物体质量一定时，在物体质量一定时，在物体质量一定时，其加速度与所受合外力成正比其加速度与所受合外力成正比其加速度与所受合外力成正比其加速度与所受合外力成正比在物体所受外力一定时，在物体所受外力一定时，在物体所受外力一定时，在物体所受外力一定时，其加速度与质量成反比其加速度与质量成反比其加速度与质量成反比其加速度与质量成反比321整个整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是平衡了摩擦力后，不管以后是改改变小小盘和砝和砝码的的质量量还是改是改变小小车和砝和砝码的的质量，都不需要重新平衡摩擦力平衡摩量，都不需要重新平衡摩擦
25、力平衡摩擦力是指使小擦力是指使小车所受所受动力力(小小车重力沿斜面重力沿斜面方向的分力方向的分力)与小与小车所受阻力所受阻力(包括小包括小车所受所受摩擦力和打点摩擦力和打点计时器器对小小车之后所拖之后所拖纸带的的摩擦力摩擦力)大小相等平衡摩擦力大小相等平衡摩擦力时，应在小在小车后拖上后拖上纸带，先接通，先接通电源，再用手源，再用手给小小车一个初速度，若在一个初速度，若在纸带上打出的点的上打出的点的间隔是隔是均匀的，均匀的，则表明平衡了摩擦力，否表明平衡了摩擦力，否则必必须重重新新调整小木板的位置整小木板的位置实验注意事项实验注意事项332平衡摩擦力后，每次平衡摩擦力后，每次实验时必必须满足在小
26、足在小车上所加砝上所加砝码的的质量量远大于砝大于砝码和小和小盘的的总质量的条件下量的条件下进行只有如此，砝行只有如此，砝码和小和小盘的的总重力才可重力才可视为与小与小车受到的拉力相等受到的拉力相等343改改变拉力和小拉力和小车质量后，每次开始量后，每次开始时小小车应尽量靠近打点尽量靠近打点计时器器(或尽量或尽量远离定滑离定滑轮的一端的一端)，并，并应先接通先接通电源，再放开小源，再放开小车，且在小且在小车到达定滑到达定滑轮前前应按住小按住小车4各各纸带的加速度的加速度a，都，都应是是该纸带的平均的平均加速度加速度5作作图象象时，要使尽可能多的点在所作直，要使尽可能多的点在所作直线上，不在直上，
27、不在直线上的点上的点应尽可能尽可能对称分布在称分布在所作直所作直线的两的两侧351小小车质量量m应比重物的比重物的质量量m大得多，大得多，其原理将在后面的牛其原理将在后面的牛顿运运动定律的定律的应用中用中专门讨论二者差距越小，二者差距越小，图象象线性越差性越差2夹口的密合性能差是造成口的密合性能差是造成误差的原因之差的原因之一由于小一由于小车的的质量和速度量和速度较大，大，夹子不易子不易夹住小住小车的后拖的后拖线；有些；有些时候候夹子子夹住一根住一根拖拖线，而另一根未被，而另一根未被夹住，住，对应小小车仍向前仍向前运运动，这些都是造成位移些都是造成位移误差的原因差的原因3小小车运运动停止停止时不能与定滑不能与定滑轮相碰，如果相碰，如果小小车碰到定滑碰到定滑轮才松手才松手让夹子子夹住拖住拖线，则与定滑与定滑轮相碰的小相碰的小车位移偏小，位移偏小，产生生误差差误差分析误差分析36
