1、2實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、 質(zhì)量的關(guān)系,第四章牛頓運(yùn)動(dòng)定律,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.,目標(biāo)定位,欄目索引,實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系,對(duì)點(diǎn)檢測(cè) 自查自糾,實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系,一、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. (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，驗(yàn)證加速度是否與質(zhì)量成反比. 二、實(shí)驗(yàn)器材 小車、砝碼、小桶、砂、細(xì)繩、一

2、端附有定滑輪的長(zhǎng)木板、墊木、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、 、紙帶、 、 .,質(zhì)量,作用力,作用力,質(zhì)量,交流電源,刻度尺,天平,答案,(1)小車質(zhì)量的測(cè)量：利用 測(cè)出，在小車上增減砝碼可改變小車的 . (2)拉力的測(cè)量：當(dāng)小桶和砂的質(zhì)量 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x ，結(jié)合逐差法計(jì)算出小車的加速度.,三、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：小車 (裝置如圖1所示).,天平,圖1,答案,質(zhì)量,遠(yuǎn)小于,aT2,(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

3、圖象，如圖2所示，若圖象是一條通過原點(diǎn)的直線，就能說明a與F成 .,2.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法圖象法、“化曲為直”法,圖2,正比,答案,(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成反比例關(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.我們采取“化曲為直”的方法，以a為縱坐標(biāo)，以 為橫坐標(biāo)，作出a 圖象，若a 圖象是一條過原點(diǎn)的直線，說明a與 成，即a與m成 .,圖3,答案,正比,反比,四、實(shí)驗(yàn)步驟 1.用 測(cè)出小車的質(zhì)量M，并把數(shù)值記錄下來. 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

4、).,圖4,天平,答案,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，直到輕推小車在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)可保持 運(yùn)動(dòng)為止(紙帶上相鄰點(diǎn)間距相等). 4.在小盤里放入適量的砝碼，用細(xì)繩繞過定滑輪系在小車上，在小車上加放適量的砝碼，用天平測(cè)出小盤和砝碼的質(zhì)量m，記錄下來.接通電源，放開小車，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.,勻速直線,答案,5.保持小車的 不變，改變砝碼和小盤的質(zhì)量，按步驟4再做5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)果畫出小車運(yùn)動(dòng)的a

5、F圖象，從而得出a、F之間的關(guān)系.,答案,質(zhì)量,8.保持砝碼和小盤的 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，并設(shè)計(jì)表格如下.根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果畫出小車運(yùn)動(dòng)的a 圖象，從而得出a、M之間的關(guān)系.,9.整理實(shí)驗(yàn)器材，結(jié)束實(shí)驗(yàn).,答案,質(zhì)量,五、注意事項(xiàng) 1.打點(diǎn)前小車應(yīng) 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器且應(yīng)先 后 . 2.在平衡摩擦力時(shí)， (填“要”或“不要”)懸掛砝碼盤，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，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.改變砝碼的質(zhì)量的過程中，要始終保證砝碼和小盤的質(zhì)量 小車的質(zhì)量. 4.作圖時(shí)應(yīng)使所作的 通過

6、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.,答案,靠近,接通電源,釋放小車,不要,均勻,遠(yuǎn)小于,直線,典例精析,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.保持小桶及桶中砂子的質(zhì)量不變，增加小車上的砝碼個(gè)數(shù)，并記錄每次增加

7、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_. (3)在上述步驟中，處理不恰當(dāng)?shù)氖莀，應(yīng)把_改為_.,解析答案,總結(jié)提升,解析實(shí)驗(yàn)中把小桶及桶中砂子的重力看做與小車所受拉力大小相等，沒有考慮摩擦力，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”

8、，改作a 關(guān)系圖象. 答案 (1)平衡摩擦力B (2)DED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“先放開小車，再接通電源”改為“先接通電源，再放開小車” (3)HaMa,總結(jié)提升,總結(jié)提升,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盤及盤中砝碼的重力.,解析答案,解析

9、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； 答案 mM,(2)在平衡小車與桌面之間摩擦力的過程中，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.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字),解析計(jì)數(shù)點(diǎn)間時(shí)間間隔T0.1 s，間距x13.52 cm.x23.68 cm， x33.83 cm. 因x2x1a1T2，x3x2a2T2，a ，得a 0.16 m/s2.,0.16,解析答案,(3)圖7是甲、乙兩同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出的圖象.,圖7,形成圖線甲的原因是_.

10、 形成圖線乙的原因是_ _.,解析圖線甲，F(xiàn)0時(shí)，小車就有了加速度，可見是長(zhǎng)木板傾角過大.圖線乙，有了拉力時(shí)，加速度仍為0，說明未平衡摩擦力或長(zhǎng)木板傾角過小.,未平衡摩擦力或長(zhǎng),長(zhǎng)木板傾角過大,木板傾角過小,解析答案,總結(jié)提升,返回,返回,總結(jié)提升,實(shí)驗(yàn)中作出的aF圖象有時(shí)不過原點(diǎn)，如圖8所示.造成這種現(xiàn)象的主要原因是：實(shí)驗(yàn)中沒有考慮托盤的質(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)圖象甲的情況；實(shí)驗(yàn)中沒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)檢測(cè) 自查自糾,“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置如圖9所示.,圖9,(1)關(guān)于實(shí)驗(yàn)步驟，下列說法正確

11、的是_. A.每次改變小車質(zhì)量時(shí)，應(yīng)重新平衡摩擦力 B.實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先釋放小車，后接通電源 C.本實(shí)驗(yàn)砝碼及砝碼盤B的質(zhì)量應(yīng)約等于小車A的 質(zhì)量 D.在探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系時(shí)，應(yīng)作a 圖象,解析答案,解析每次改變小車的質(zhì)量，不需要重新平衡摩擦力，A錯(cuò)誤； 實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先接通電源，后釋放小車，B錯(cuò)誤； 實(shí)驗(yàn)要求砝碼及砝碼盤B的質(zhì)量應(yīng)遠(yuǎn)小于小車A的質(zhì)量，C錯(cuò)誤； 探究a與mA的關(guān)系時(shí)，應(yīng)作a 圖象，D正確. 答案 D,(2)在實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)得到了一條紙帶如圖10所示，選擇了A、B、C、D、E作為計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)沒有標(biāo)出，其中x17.05 cm、x27.68 cm、x38.30 cm、x48.92 cm，電源頻率為50 Hz，可以計(jì)算出小車的加速度大小是_ m/s2.(保留兩位有效數(shù)字),圖10,解析答案,解析加速度a m/s2 0.62 m