1、第四章,牛頓運(yùn)動(dòng)定律,第2講實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系,目標(biāo)定位 1.學(xué)會(huì)用“控制變量法”探究加速度與力、質(zhì)量的定量關(guān)系. 2.會(huì)用圖象表示加速度與質(zhì)量、加速度與力之間的關(guān)系.,預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué) 梳理識(shí)記點(diǎn)撥,1.實(shí)驗(yàn)器材：小車、砝碼、小桶、砂、細(xì)繩、一端附有定滑輪的長(zhǎng)木板、墊木、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、 、紙帶、 、 _. 2.實(shí)驗(yàn)原理：實(shí)驗(yàn)的基本思路控制變量法 (1)保持研究對(duì)象即小車的 不變，改變小桶內(nèi)砂的質(zhì)量，即改變 ，測(cè)出小車的對(duì)應(yīng)加速度，驗(yàn)證加速度是否與作用力成正比.,交流電源,刻度尺,天平,質(zhì)量,作用力,(2)保持小桶中砂的質(zhì)量不變，即保持 不變，改變研究對(duì)象即小車的 ，測(cè)出小車的對(duì)應(yīng)加速度，

2、驗(yàn)證加速度是否與質(zhì)量成反比.,作用力,質(zhì)量,想一想： 實(shí)驗(yàn)中小車的加速度怎樣得到？ 答案通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶，利用逐差法計(jì)算出小車 的加速度.,課堂講義 理解深化探究,一、實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì) 1.三個(gè)物理量的測(cè)量方法近似法 本實(shí)驗(yàn)的研究對(duì)象：放在“光滑”“水平面”上的小車 (裝置如圖1所示).,圖1,(1)小車質(zhì)量的測(cè)量：利用天平測(cè)出，在小車上增減砝碼可改變小車的質(zhì)量. (2)拉力的測(cè)量：當(dāng)小桶和砂的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量的情況下，可以認(rèn)為小桶和砂的重力近似等于小車所受的拉力(合外力). (3)加速度的測(cè)量：由紙帶根據(jù)公式xaT2，結(jié)合逐差法計(jì)算出小車的加速度.,2.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法圖象法、“化

3、曲為直”法 (1)研究加速度a和力F的關(guān)系 以加速度a為縱坐標(biāo)，力F為橫坐標(biāo)，根據(jù) 測(cè)量數(shù)據(jù)描點(diǎn)，然后作出圖象，如圖2所示， 若圖象是一條通過(guò)原點(diǎn)的直線，就能說(shuō)明a與 F成正比.,圖2,(2)研究加速度a與質(zhì)量m的關(guān)系 如圖3所示，因?yàn)閍m圖象是曲線，檢查am圖象是不是雙曲線，就能判斷它們之間是不是反比例關(guān)系，但檢查這條曲線是不是雙曲線,相當(dāng)困難.若a和m成反比,則a與 必成正比.,圖3,二、實(shí)驗(yàn)步驟 1.用天平測(cè)出小車的質(zhì)量M，并把數(shù)值記錄下來(lái). 2.按如圖4所示的裝置把實(shí)驗(yàn)器材安裝好(小車上先不系繩).,圖4,3.平衡摩擦力：在長(zhǎng)木板不帶定滑輪的一端下面墊一木塊，反復(fù)移動(dòng)木塊位置，直到輕推

4、小車在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)可保持勻速直線運(yùn)動(dòng)為止(紙帶上相鄰點(diǎn)間距相等). 4.在小桶里放入適量的砂，用細(xì)繩繞過(guò)定滑輪系在小車上，在小車上加放適量的砝碼，用天平測(cè)出小桶和砂的質(zhì)量m，,記錄下來(lái).接通電源，放開(kāi)小車，待打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打好點(diǎn)后取下紙帶，并設(shè)計(jì)表格如下.,5.保持小車的質(zhì)量不變，改變砂和小桶的質(zhì)量，按步驟4做6次實(shí)驗(yàn). 6.在每條紙帶上選取一段比較理想的部分，算出每條紙帶對(duì)應(yīng)的加速度的值，填入表格中. 7.用縱坐標(biāo)表示加速度，橫坐標(biāo)表示作用力，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果畫(huà)出小車運(yùn)動(dòng)的aF圖象，從而得出a、F之間的關(guān)系.,8.保持砂和小桶的質(zhì)量不變，在小車上加放砝碼，重復(fù)上面的實(shí)驗(yàn)，求出相應(yīng)的加速度，并

5、設(shè)計(jì)表格如下.根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果畫(huà)出小車運(yùn)動(dòng)的,9.整理實(shí)驗(yàn)器材，結(jié)束實(shí)驗(yàn).,三、注意事項(xiàng) 1.打點(diǎn)前小車應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器且應(yīng)先接通電源后釋放小車. 2.在平衡摩擦力時(shí)，不要懸掛小桶，但小車應(yīng)連著紙帶且接通電源.用手輕輕地給小車一個(gè)初速度，如果在紙帶上打出的點(diǎn)的間隔均勻，表明小車受到的阻力跟它受到的重力沿斜面向下的分力平衡.,3.改變砂的質(zhì)量的過(guò)程中，要始終保證砂和小桶的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量. 4.作圖時(shí)應(yīng)使所作的直線通過(guò)盡可能多的點(diǎn)，不在直線上的點(diǎn)也要盡可能的對(duì)稱分布在直線的兩側(cè)，但若遇到個(gè)別偏離較遠(yuǎn)的點(diǎn)可舍去.,例1 用如圖5所示的裝置研究在作用力F一定時(shí)，小車的加速度a與小車質(zhì)量M的關(guān)系，某位

6、同學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)步驟如下：,圖5,A.用天平稱出小車和小桶及內(nèi)部所裝砂子的質(zhì)量； B.按圖裝好實(shí)驗(yàn)器材； C.把輕繩系在小車上并繞過(guò)定滑輪懸掛小桶； D.將電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在12 V電壓的蓄電池上； E.先放開(kāi)小車，再接通電源，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；,F.保持小桶及其中砂子的質(zhì)量不變，增加小車上的砝碼個(gè)數(shù)，并記錄每次增加后的M值，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)； G.分析每條紙帶，測(cè)量并計(jì)算出加速度的值； H.作aM關(guān)系圖象，并由圖象確定a、M之間的關(guān)系. (1)該同學(xué)漏掉的重要實(shí)驗(yàn)步驟是_，該步驟應(yīng)排在_步實(shí)驗(yàn)之后.,(2)在上述步驟中，有錯(cuò)誤的是_、_，應(yīng)修改為_(kāi). (3)在

7、上述步驟中，處理不恰當(dāng)?shù)氖莀，應(yīng)把_改為_(kāi).,解析實(shí)驗(yàn)中把小桶及其中砂子的重力看做與小車所受拉力大小相等，沒(méi)有考慮摩擦力，故必須平衡摩擦力.電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在12 V電壓的蓄電池上將無(wú)法工作，必須接在6 V以下交流電壓的學(xué)生電源上.實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先接通電源，再放開(kāi)小車.作aM關(guān)系圖象，得到的是雙曲線，很難作出正確的判斷，必須“化曲為直”，改作a 關(guān)系圖象.,答案(1)平衡摩擦力B 答案(2)D、ED將“12 V電壓的蓄電池”改為“6 V以下交流電壓的學(xué)生電源”E將“先放開(kāi)小車，再接通電源”改為“先接通電源，再放開(kāi)小車”,借題發(fā)揮平衡摩擦力的方法：將不帶定滑輪的一端適當(dāng)墊高，在不掛小桶的情況下，使小

8、車帶動(dòng)紙帶(打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)時(shí))沿長(zhǎng)木板恰好做勻速直線運(yùn)動(dòng).目的：使小桶和砂子的重力等于小車受到的合力.,例2 “探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置如圖6甲所示.,圖6,(1)當(dāng)小車(包括車中砝碼)的質(zhì)量M與砝碼及盤(pán)的質(zhì)量m的大小關(guān)系滿足_時(shí)，才可以認(rèn)為繩對(duì)小車的拉力大小等于桶及桶中砝碼的重力. 解析探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中，要保證mM，才能保證繩子的拉力約等于m的重力；,mM,(2)在平衡小車與桌面之間摩擦力的過(guò)程中，打出了一條紙帶如圖乙所示.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的時(shí)間間隔為0.02 s.從比較清晰的點(diǎn)起，每5個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，量出相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離.該小車的加速度大小a_m/s2.

9、(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字),解析計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)間間隔T0.1 s，間距x13.52 cm.x23.68 cm，x33.83 cm.,答案0.16,(3)圖7是甲、乙兩同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫(huà)出的圖象.,圖7,形成圖線甲的原因是_. 形成圖線乙的原因是_.,解析圖線甲，F(xiàn)0時(shí)，木塊就有了加速度，可見(jiàn)是長(zhǎng)木板傾角過(guò)大.圖線乙，有了拉力時(shí)，加速度仍為0，說(shuō)明未平衡摩擦力或長(zhǎng)木板傾角過(guò)小. 答案長(zhǎng)木板傾角過(guò)大未平衡摩擦力或長(zhǎng)木板傾角過(guò)小,借題發(fā)揮實(shí)驗(yàn)中作出的aF圖象有時(shí) 不過(guò)原點(diǎn)，如圖8所示.造成這種現(xiàn)象的 主要原因是：實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有考慮托盤(pán)的 質(zhì)量，誤將砝碼的重力等于拉力F，或是平衡摩擦力時(shí)墊得太高了，會(huì)出現(xiàn)圖象甲的

10、情況；實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有平衡摩擦力或摩擦力平衡不足，會(huì)出現(xiàn)圖象乙的情況.,圖8,對(duì)點(diǎn)練習(xí) 鞏固應(yīng)用反饋,如圖9a所示，在探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中，小車及車中砝碼的質(zhì)量用M表示，盤(pán)及盤(pán)中砝碼的質(zhì)量用m表示，小車的加速度可由小車拖動(dòng)的紙帶上打下的點(diǎn)計(jì)算得出.,圖9,(1)當(dāng)M與m的大小關(guān)系滿足_時(shí)，才可以認(rèn)為繩對(duì)小車的拉力大小等于盤(pán)及盤(pán)中砝碼的重力. 解析探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中，要保證Mm，才能保證繩子的拉力約等于m的重力；,Mm,(2)一組同學(xué)在做加速度與質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)時(shí)，保持盤(pán)及盤(pán)中砝碼的質(zhì)量一定，改變小車及車中砝碼的質(zhì)量，測(cè)出相應(yīng)的加速度，采用圖象法處理數(shù)據(jù).為了比較容易地觀測(cè)加速度a與質(zhì)量M的關(guān)系，應(yīng)該作a與_的圖象. 解析因?yàn)楹狭σ欢〞r(shí)，M越大a越小，而反比例函數(shù)圖象是曲線，根據(jù)曲線很難判定出自變量和因變量之間的關(guān)系；,正比例函數(shù)圖象是過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的一條直線，就比較容易判定自變量和因變量之間的關(guān)系，所以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理時(shí)作a與 的圖象；,(3)甲、乙兩同學(xué)用同一裝置