第2節(jié)

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)系高中物理人教版（2019）必修第一冊(cè)新知導(dǎo)入知識(shí)回顧咱們第一和二章學(xué)習(xí)了運(yùn)動(dòng)學(xué)第三章學(xué)習(xí)了力學(xué)，那這第四章是運(yùn)動(dòng)學(xué)和力學(xué)的關(guān)系。那么運(yùn)動(dòng)學(xué)和力學(xué)有什么樣的關(guān)系呢？下面上一節(jié)學(xué)習(xí)的牛頓運(yùn)動(dòng)定律開始學(xué)習(xí)。新知導(dǎo)入知識(shí)回顧1、牛頓第一定律的內(nèi)容是什么？一切物體總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，除非作用在它上面的力迫使他改變這種狀態(tài)?？梢娏κ歉淖兾矬w運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，通過慣性定律可知，質(zhì)量大的物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不容易改變。所以加速度與力、質(zhì)量之間必然存在一定的關(guān)系。在某種角度，牛頓第一運(yùn)動(dòng)定律解釋了某物體不受力時(shí)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)）。那么某物體受到力會(huì)做怎么運(yùn)動(dòng)呢？新知導(dǎo)入下面我們我們通過實(shí)驗(yàn)分別從兩方面來探究加速度與力、質(zhì)量之間的定量關(guān)系：①加速度與力的關(guān)系；②加速度與質(zhì)量的關(guān)系新知導(dǎo)入新知講解1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模憾糠治鯽、F、m的關(guān)系。2、實(shí)驗(yàn)方法：控制變量法例如：咱們研究速度這個(gè)概念時(shí)，（1）相同時(shí)間內(nèi)比較誰的唯一大，就是誰的速度大；（2）相同位移，完成這段位移誰的用時(shí)少，那誰的速度快。位移和時(shí)間兩個(gè)物理量會(huì)影響速度的大?。?） 控制時(shí)間，研究位移和速度的關(guān)系（2） 控制位移，研究時(shí)間與速度的關(guān)系一、實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系新知講解3、實(shí)驗(yàn)思路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)。新知講解（1）加速度與力的關(guān)系保持物體的質(zhì)量不變，測(cè)量不同力下的加速度，分析加速度與力的關(guān)系。（2）加速度與質(zhì)量的關(guān)系保持物體受力不變，測(cè)量不同質(zhì)量下的加速度，分析加速度與質(zhì)量的關(guān)系。探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系新知講解4、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)：A.物體的質(zhì)量mB.物體所受的作用力FC.物體運(yùn)動(dòng)的加速度a。新知講解A.質(zhì)量的測(cè)量質(zhì)量可以用天平測(cè)量。為了改變小車的質(zhì)量，可以在小車中增減砝碼的數(shù)量。?新知講解（2）加速度的測(cè)量②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。①方法1：小車做初速度為0的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，直接測(cè)量小車移動(dòng)的位移x和發(fā)生這段位移所用的時(shí)間t，計(jì)算出加速度a。③方法3：讓兩個(gè)做初速度為0的勻加速直線運(yùn)動(dòng)的物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t相等，那么由可知，它們的位移之比就等于加速度之比，即：

新知講解

這樣，測(cè)量加速度就轉(zhuǎn)換成測(cè)量位移了。（2）力的測(cè)量現(xiàn)實(shí)中，僅受一個(gè)力作用的物體幾乎不存在，所以實(shí)驗(yàn)中作用力F的含義是物體所受的合力。那么，如何測(cè)小車所受合外力F合？

我們通過下面具體實(shí)驗(yàn)來說明。新知講解實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)1：用阻力補(bǔ)償法探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系1、實(shí)驗(yàn)器材：小車、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、一端帶滑輪的長木板、細(xì)線、砝碼、鉤碼、刻度尺、天平。電源插頭紙帶新知講解2、實(shí)驗(yàn)步驟（1）用天平測(cè)出小車的質(zhì)量；（2）按圖裝好實(shí)驗(yàn)器材，平衡摩擦力。（3）控制小車質(zhì)量不變，用細(xì)線將鉤碼與小車相連，打開打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，釋放小車，測(cè)出一組數(shù)據(jù)。（4）保持小車上的砝碼個(gè)數(shù)不變,改變鉤碼質(zhì)量，并測(cè)量得F（鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量），多測(cè)幾組數(shù)據(jù)。新知講解注意：只有在鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量時(shí)，線的拉力近似等于鉤碼的重力。(5)控制鉤碼質(zhì)量不變，改變小車質(zhì)量，再測(cè)幾組數(shù)據(jù)填入表中。(6)分析每條紙帶，測(cè)量并計(jì)算出加速度的值；(7)作a－F關(guān)系圖象，并由圖象確定a－F關(guān)系。新知講解思考討論：為什么平衡小車摩擦力？？我們研究合力，質(zhì)量和加速度關(guān)系時(shí)砝碼重力就代表小車受到的合力，所以小車在長板上予以初速度下落過程中勻速直線運(yùn)動(dòng)才能保證它是處于不受力狀態(tài)，這樣才能保證砝碼重力就是汽車受到的外力。小車受到的摩擦力恰好與小車所受的重力在斜面方向上的分力平衡。新知講解思考討論：怎樣平衡小車的摩擦力？在長木板的不帶定滑輪的一端下面墊上一塊薄木板，反復(fù)移動(dòng)薄木板的位置，直至小車在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)以保持勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，這樣小車所受合力為零，平衡了小車的摩擦力。小車受到的摩擦力恰好與小車所受的重力在斜面方向上的分力平衡。新知講解4、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)表1：小車質(zhì)量一定拉力F0.100.200.300.400.500.15

0.310.430.590.76拉力F加速度a思考：如何更直觀地處理數(shù)據(jù)？以a為縱坐標(biāo)、F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)，觀察圖像。新知講解F/N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成正比。新知講解表2：小車所受的拉力一定加速度a質(zhì)量m質(zhì)量

0.4000.5000.7501.0001.2000.8610.6920.4700.3520.2902.502.001.331.000.83新知講解a/m·s-2m在相同拉力作用下，質(zhì)量m越大，加速度a越小。我們很難直觀看出圖線是否為雙曲線，那么，怎樣判斷a與m成不成反比呢？如果a-m圖像是雙曲線，a與m成反比，也就是a與成正比。新知講解如圖的圖線為過原點(diǎn)的直線，所以在相同拉力作用下a與成正比,即：a與m成反比注意事項(xiàng)1．實(shí)驗(yàn)中應(yīng)先接通電源后釋放小車．2．在平衡摩擦力時(shí)不要懸掛任何物體。3．改變鉤碼的質(zhì)量過程中，要始終保證鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量時(shí)，線的拉力近似等于鉤碼的重力。4．作圖時(shí)應(yīng)使所作的直線通過盡可能多的點(diǎn)，不在直線上的點(diǎn)也要盡可能的分布在直線的兩側(cè)，但若遇到個(gè)別偏離較遠(yuǎn)的點(diǎn)可舍去。新知講解新知講解科學(xué)方法控制變量控制變量的方法是指在研究和解決問題的過程中，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。本節(jié)在探究加速度與力、質(zhì)量之間的關(guān)系時(shí)，就采用了控制變量的方法，它是科學(xué)研究中常用的一種方法。1．利用如圖所示的裝置探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系，下列說法正確的是（）

A．保持小車所受拉力不變，只改變小車的質(zhì)量，就可以探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系B．保持小車質(zhì)量不變，只改變小車的拉力，就可以探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系課堂練習(xí)1．利用如圖所示的裝置探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系，下列說法正確的是（）

C．先保持小車所受拉力不變，探究加速度與力的關(guān)系；再保持小車質(zhì)量不變，探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系，最后歸納出加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系D．先保持小車質(zhì)量不變，探究加速度與力的關(guān)系；再保持小車所受拉力不變，探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系，最后歸納出加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系課堂練習(xí)D課堂練習(xí)A.保持小車所受拉力不變，只改變小車的質(zhì)量，只能探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系，故A錯(cuò)誤；B.保持小車質(zhì)量不變，只改變小車的拉力，只能探究加速度與力的關(guān)系，故B錯(cuò)誤；CD.先保持小車質(zhì)量不變，探究加速度與力的關(guān)系；再保持小車所受拉力不變，探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系，最后歸納出加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系，這是利用控制變量法研究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系，故C錯(cuò)誤，D正確。22．如圖所示是某同學(xué)探究加速度與力的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置。他在氣墊導(dǎo)軌上安裝了一個(gè)光電門B，滑塊上固定一寬度為d的遮光條，滑塊用細(xì)線繞過氣墊導(dǎo)軌左端的定滑輪與力傳感器相連，傳感器下方懸掛鉤碼，每次滑塊都從A處由靜止釋放。(1)下列不必要的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)要求是_____（請(qǐng)?zhí)顚戇x項(xiàng)前對(duì)應(yīng)的字母）。課堂練習(xí)課堂練習(xí)22．如圖所示是某同學(xué)探究加速度與力的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置。他在氣墊導(dǎo)軌上安裝了一個(gè)光電門B，滑塊上固定一寬度為d的遮光條，滑塊用細(xì)線繞過氣墊導(dǎo)軌左端的定滑輪與力傳感器相連，傳感器下方懸掛鉤碼，每次滑塊都從A處由靜止釋放。(1)下列不必要的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)要求是_____（請(qǐng)?zhí)顚戇x項(xiàng)前對(duì)應(yīng)的字母）。A．應(yīng)使A位置與光電門間的距離適當(dāng)大些B．應(yīng)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)節(jié)水平C．應(yīng)使細(xì)線與氣墊導(dǎo)軌平行D．應(yīng)使滑塊質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼和力傳感器的總質(zhì)量D課堂練習(xí)22．如圖所示是某同學(xué)探究加速度與力的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置。他在氣墊導(dǎo)軌上安裝了一個(gè)光電門B，滑塊上固定一寬度為d的遮光條，滑塊用細(xì)線繞過氣墊導(dǎo)軌左端的定滑輪與力傳感器相連，傳感器下方懸掛鉤碼，每次滑塊都從A處由靜止釋放。

(2)實(shí)驗(yàn)時(shí)，將滑塊從A位置由靜止釋放，由數(shù)字計(jì)時(shí)器讀出遮光條通過光電門B的時(shí)間t，若要得到滑塊的加速度，還需要測(cè)量的物理量是_____。A位置到光電門的距離L課堂練習(xí)3、用如圖所示的裝置研究在作用力一定時(shí)，小車的加速度與小車質(zhì)量（含砝碼）的關(guān)系，某位同學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)步驟如下：A．用天平稱出小車和小桶及打點(diǎn)計(jì)時(shí)器其中所裝砂子的質(zhì)量；B．按圖所示裝好實(shí)驗(yàn)器材；C．把輕繩系在小車上并繞過定滑輪懸掛小桶；D．將電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在電壓為6V的蓄電池上，接通電源，放開小車，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列點(diǎn)，并在紙帶上標(biāo)明小車質(zhì)量；課堂練習(xí)E.保持小桶及其中砂子的質(zhì)量不變，增加小車上砝碼的個(gè)數(shù)，并記錄每次增加砝碼后小車和砝碼的總質(zhì)量，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)；F.分析每條紙帶，測(cè)量并計(jì)算出加速度的值；G.作出圖像，并由圖像確定與的關(guān)系．課堂練習(xí)（1）該同學(xué)漏掉的重要實(shí)驗(yàn)步驟是_______，該步驟應(yīng)排在步驟_______后.（2）在上述步驟中，有錯(cuò)誤的是_______，應(yīng)把_______改為_______．（3）在上述步驟中，不恰當(dāng)?shù)氖莀______，應(yīng)把______改為_______．平衡摩擦力B步驟D6V的蓄電池6V以下交流電步驟Ga-m圖像a-1/m圖像課堂練習(xí)4、如圖所示是某同學(xué)探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系時(shí)，已接通電源正要釋放紙帶時(shí)的情況，請(qǐng)你指出該同學(xué)的五個(gè)錯(cuò)誤：(1)電源________；(2)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器位置________；(3)滑輪位置________；(4)小車位置________；(5)長木板________________．用交流電應(yīng)靠右端線拉平靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器墊高右端平衡摩擦力拓展提高5．在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，滲透了研究問題的多種科學(xué)方法。（選填“理想實(shí)驗(yàn)法”“圖像法”“阻力補(bǔ)償法”“化曲為直法”“控制變量法”或“近似法”）(1)對(duì)阻力的處理：_____。(2)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路：_____。(3)對(duì)小車所受合力的簡化：_____，即當(dāng)小車質(zhì)量M車?m槽時(shí)，細(xì)繩對(duì)小車的拉力大小近似等于所掛槽碼的重力m槽g。(4)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的科學(xué)方法：_____。(5)由圖像轉(zhuǎn)化為圖像，所用的科學(xué)方法：_____。阻力補(bǔ)償法控制變量法近似法圖像法化曲為直課堂總結(jié)1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?定量分析a、F、m的關(guān)系。2、實(shí)驗(yàn)方法：控制變量法3、實(shí)驗(yàn)思路（1）保持物體的質(zhì)量不變，研究加速度與力的關(guān)系。（2）保持物體受力不變，研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系。4、作圖時(shí)應(yīng)使所作的直線通過盡可能多的點(diǎn)，不在直線上的點(diǎn)也要盡可能的分布在直線的兩側(cè)，但