主講老師：陳慶威第2節(jié)

實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系目錄CONTENT實(shí)驗(yàn)思路物理量的測(cè)量實(shí)驗(yàn)方案重難點(diǎn)突破新課引入01.物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變速度發(fā)生了改變產(chǎn)生了加速度與力和質(zhì)量有關(guān)說(shuō)明加速度與力、質(zhì)量之間必然存在一定的關(guān)系。那么，我們?cè)撊绾翁骄考铀俣扰c力、質(zhì)量之間定量關(guān)系呢？實(shí)驗(yàn)思路第一部分問(wèn)題與思考01.從實(shí)驗(yàn)的角度，同時(shí)研究某個(gè)物理量與另外兩個(gè)或多個(gè)物理量的定量關(guān)系是非常困難的。面對(duì)這樣的問(wèn)題，我們通常采用控制變量的方法進(jìn)行研究。你知道什么是控制變量法嗎？控制變量法02.

控制變量法是指在研究和解決問(wèn)題的過(guò)程中，對(duì)影響事物變化規(guī)律的獨(dú)立因素加以人為控制，使其中只有一個(gè)因素按照特定的要求發(fā)生變化，而其他因素保持不變，以利于尋找事物發(fā)展變化的規(guī)律的方法。例如，在研究某個(gè)物理量y與另外兩個(gè)變量x1、x2的關(guān)系時(shí)，先固定一個(gè)變量x2不變，研究y與另一個(gè)變量x1之間的定量關(guān)系；然后再固定變量x1不變，研究y與x2之間的關(guān)系。該如何設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)?zāi)?？?shí)驗(yàn)裝置03.可以用圖示裝置完成這個(gè)探究實(shí)驗(yàn)。將小車(chē)置于水平木板上，通過(guò)滑輪與槽碼相連。小車(chē)可以在槽碼的牽引下運(yùn)動(dòng)。具體該如何操作呢？實(shí)驗(yàn)思路04.1.探究加速度與力的關(guān)系：保持小車(chē)質(zhì)量不變，通過(guò)改變槽碼的個(gè)數(shù)改變小車(chē)所受的拉力，測(cè)得不同拉力下小車(chē)運(yùn)動(dòng)的加速度，分析加速度與拉力的定量關(guān)系.2.探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系：保持小車(chē)所受的拉力不變，通過(guò)在小車(chē)上增加重物改變小車(chē)的質(zhì)量，測(cè)得不同質(zhì)量對(duì)應(yīng)的加速度，分析加速度與質(zhì)量的定量關(guān)系.既然是定量關(guān)系，我們就必須要知道每個(gè)物理量的數(shù)值，測(cè)量是必不可少的！物理量的測(cè)量第二部分質(zhì)量的測(cè)量01.測(cè)量工具：天平可通過(guò)增減在小車(chē)上的砝碼的數(shù)量來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)小車(chē)質(zhì)量的改變。注意砝碼與槽碼的區(qū)別加速度的測(cè)量02.方法2：將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器連在小車(chē)上，根據(jù)紙帶上打出的點(diǎn)可測(cè)量加速度；方法1：如果物體做初速度為零的勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，則可利用刻度尺測(cè)量位移和秒表測(cè)量時(shí)間，然后由公式a=(2x)/t2算出;方法3：利用比值法。由于a=(2x)/t2，測(cè)出兩個(gè)初速度為零的勻加速運(yùn)動(dòng)在相同時(shí)間內(nèi)發(fā)生的位移x1、x2，位移之比就是加速度之比力的測(cè)量03.TT1.如何給小車(chē)施加一個(gè)可以測(cè)量的恒力T呢？直接用彈簧測(cè)力計(jì)拉小車(chē)，可以嗎？還是借助定滑輪和鉤碼來(lái)拉？

m0g2.細(xì)線(xiàn)給小車(chē)提供的拉力是小車(chē)受到合力嗎？不計(jì)摩擦，小車(chē)：F合=T≈m0g計(jì)摩擦，小車(chē)：F合=T-f≠T如何才能消除摩擦力的影響呢？平衡摩擦力04.平衡摩擦力：把軌道的一端墊高，使重力的分力Gsinθ與摩擦力Ff平衡。操作：先不加細(xì)線(xiàn)，調(diào)整軌道，使小車(chē)剛好能勻速下滑（紙帶上打出間隔均勻的點(diǎn)）。當(dāng)再加上細(xì)線(xiàn)時(shí)，細(xì)線(xiàn)的拉力就等于小車(chē)受到的合力。GcosθGsinθGθθFNFf一次補(bǔ)償，多次測(cè)量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)第三部分實(shí)驗(yàn)器材與設(shè)計(jì)01器材：小車(chē)、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、一端帶滑輪的長(zhǎng)木板、細(xì)線(xiàn)、砝碼、槽碼、刻度尺、天平等。傾斜木板補(bǔ)償摩擦力設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程02.1.用天平測(cè)出小車(chē)的質(zhì)量。2.安裝好實(shí)驗(yàn)裝置，平衡摩擦力。3.把細(xì)線(xiàn)系在小車(chē)上并繞過(guò)滑輪懸掛槽碼，將車(chē)?yán)酱螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器附近。4.先打開(kāi)計(jì)時(shí)器電源，再釋放小車(chē)，得到紙帶，并記下槽碼的重量。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(chē)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)。次數(shù)F/Na/m·s-212345F/

Na/m·s-20.150.300.450.600.7500.10.30.5小車(chē)質(zhì)量一定探究加速度與力的關(guān)系03.結(jié)論：說(shuō)明a與F成正比m/kga/m·s-20.20.40.60.81.000.20.40.60.81.01.2次數(shù)m/kga/m·s-212345/kg-12.502.001.331.000.83m10.4000.8610.500

0.6920.7500.4701.0000.3521.2000.290

我們很難直觀看出圖線(xiàn)是否為雙曲線(xiàn)，如果a-m圖像是雙曲線(xiàn)，則a

與m成反比，也就是a與成正比。探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系04.小車(chē)所受拉力一定注意事項(xiàng)05.平衡摩擦力時(shí)不要掛槽碼，一次實(shí)驗(yàn)只需要平衡一次摩擦力。實(shí)驗(yàn)中必須滿(mǎn)足小車(chē)和小車(chē)上所加砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)大于槽碼的總質(zhì)量。每次開(kāi)始時(shí)，小車(chē)應(yīng)盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(或盡量遠(yuǎn)離帶滑輪的一端)，且在小車(chē)到達(dá)滑輪前應(yīng)按住小車(chē)。作圖線(xiàn)時(shí)，要使盡可能多的點(diǎn)落在所作直線(xiàn)上，不在直線(xiàn)上的點(diǎn)應(yīng)盡可能對(duì)稱(chēng)分布在所作直線(xiàn)兩側(cè)，離直線(xiàn)較遠(yuǎn)的點(diǎn)應(yīng)舍去。在專(zhuān)題1“連接體問(wèn)題”中會(huì)證明實(shí)驗(yàn)視頻06.例題1典例分析圖甲所示為“探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置。（1）在實(shí)驗(yàn)中，下列操作正確的是

A．打點(diǎn)前，小車(chē)應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，要先接通電源,待計(jì)時(shí)器打點(diǎn)穩(wěn)定后再釋放小車(chē)B．要舍去紙帶上的密集點(diǎn)，然后選取計(jì)數(shù)點(diǎn)C．在探究加速度與質(zhì)量之間的關(guān)系時(shí)，直接根據(jù)a-m圖像即可判斷加速度與質(zhì)量是否成反比D．實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)使小車(chē)的加速度盡量大些【參考答案：AB】07.例題1典例分析(2)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,,選取A、

B、C、D四個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),每?jī)蓚€(gè)相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間有四個(gè)點(diǎn)沒(méi)有畫(huà)出.從圖乙中讀出A、B兩點(diǎn)間距s=

cm;C點(diǎn)對(duì)應(yīng)的速度是

m/s,該小車(chē)的加速度大小a＝

m/s2(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）。（3）根據(jù)實(shí)驗(yàn)收集的數(shù)據(jù)作出的a－F圖線(xiàn)如圖丙所示，請(qǐng)結(jié)合圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置，寫(xiě)出一條對(duì)提高本實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確程度有益的建議

。實(shí)驗(yàn)前應(yīng)先平衡摩擦力07.還有其他實(shí)驗(yàn)方案嗎？實(shí)驗(yàn)方案二第四部分器材：小車(chē)、一端帶滑輪的長(zhǎng)木板、細(xì)線(xiàn)、砝碼、鉤碼、天平、刻度尺、黑板擦或?qū)捒趭A子等

傾斜木板補(bǔ)償摩擦力實(shí)驗(yàn)器材與設(shè)計(jì)01探究加速度與力的關(guān)系02.

小車(chē)質(zhì)量一定：M=

g,小車(chē)上砝碼質(zhì)量m=

g,小盤(pán)質(zhì)量M′=

g次數(shù)小車(chē)1小車(chē)212345位移x1/cm位移x2/cm(M′+m′2)g(F2大小)砝碼質(zhì)量m′2(g)3005020304060砝碼質(zhì)量m′1(g)(M′+m′1)g(F1大小)7010

0F2/F1x2/x10次數(shù)1234x2x1F2F1Fa探究加速度與力的關(guān)系02.小車(chē)質(zhì)量M=

g,小盤(pán)質(zhì)量M′=

g,盤(pán)中砝碼質(zhì)量m′=

g次數(shù)小車(chē)1小車(chē)212345(M+m1)-M1(M+m2)-M2300

6

50車(chē)上砝碼質(zhì)量m1(g)位移x1/cm10050150200250車(chē)上砝碼質(zhì)量m2(g)位移x2/cm300探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系03.x2/x10次數(shù)1234x2x1M1/M2M1M2am1探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系04.實(shí)驗(yàn)結(jié)論05.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.F一定，加速度a與m的定量關(guān)系:加速度與力、質(zhì)量之間的關(guān)系：還有沒(méi)有其他設(shè)計(jì)方案呢？第五部分01.1.利用氣墊導(dǎo)軌探究不需要平衡摩擦力02.2.利用彈簧測(cè)力計(jì)(水平懸掛)探究彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)的兩倍就等于小車(chē)所受到的拉力03.3.利用彈簧測(cè)力計(jì)(豎直懸掛)探究彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)就等于小車(chē)所受到的拉力04.4.利用力傳感器探究力傳感器示數(shù)的兩倍就等于小車(chē)所受到的拉力例題2典例分析某同學(xué)進(jìn)行“探究加速度與物體受力的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)。將實(shí)驗(yàn)器材按圖甲所示安裝好。已知M為小車(chē)和滑輪的總質(zhì)量，m為砂和砂桶的總質(zhì)量，力傳感器可測(cè)出輕繩中的拉力大小，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的工作頻率為50Hz。實(shí)驗(yàn)時(shí)，以下進(jìn)行的操作正確和必要的是A．小車(chē)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，先釋放小車(chē)，再接通電源B．用天平測(cè)出砂和砂桶的總質(zhì)量mC．將帶滑輪的長(zhǎng)木板右端墊高，以平衡摩擦力D．為減小誤差，實(shí)驗(yàn)中一定要保證砂和砂桶的總質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車(chē)和滑輪的總質(zhì)量M【參考答案：C】05.D選項(xiàng)為什么是錯(cuò)的呢？重難點(diǎn)突破第六部分平衡摩擦力不準(zhǔn)造成的誤差01.實(shí)驗(yàn)中需要平衡摩擦力，若未平衡摩擦力或平衡摩擦力不當(dāng)就會(huì)造成誤差。如出現(xiàn)圖中①直線(xiàn)，說(shuō)明平衡摩擦力過(guò)度。即拉力F=0時(shí),已經(jīng)產(chǎn)生了加速度;若出況圖中②直線(xiàn)，說(shuō)明未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足,因?yàn)槔Υ笥贔0時(shí)才產(chǎn)生加速度。例題3在“探究加速度與力的關(guān)系”時(shí)，保持小車(chē)的質(zhì)量不變，改變砂和砂桶的質(zhì)量，該同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出了加速度a與合力F的圖線(xiàn)如圖，則①圖中的直線(xiàn)不過(guò)原點(diǎn)的原因是

。②圖中的力F理論上指__