4.2.-探究加速度与力、质量的关系(很好的)解析.ppt

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1、第四章第四章第四章第四章 牛顿运动定律牛顿运动定律牛顿运动定律牛顿运动定律探究加速度与力、质量的关系探究加速度与力、质量的关系2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，惯性越小，其受力一定时，质量越小，惯性越小，其运动状态越容易改变，其加速度越大。运动状态越容易改变，其加速度越大。这里的力指物体所受合力这里的力指物体所受合力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

2、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，作图像数据处理，作图像三个变量，三个变量，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一、研究方法：一、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，测量物体在不同外力作用下的加速度，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。外力的关系。保持物体所受合外力相同，测量不同保持物体所受合外力相同，测量不同质量的物体在同一个外力作用下的加速质量的物体在同一个外力作

3、用下的加速度，分析加速度与质量的关系。度，分析加速度与质量的关系。当探究加速度与力的关系时当探究加速度与力的关系时当探究加速度与质量的关系时当探究加速度与质量的关系时方案一、测加速度法方案一、测加速度法本实验需要测量的物理量有本实验需要测量的物理量有加速度加速度、力力(合力合力)和和质量质量。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.如何提供小车所受的外力？如何提供小车所受的外力？在小车实验中，通过在小车一端连接细绳、托盘、重在小车实验中，通过在小车一端连接细绳、托盘、重物（钩码）以提供外力物（钩码）以提供外力二、实验器材：二、实验器材：打

4、点计时器、纸带、小车、一端附有定滑轮的长木板、打点计时器、纸带、小车、一端附有定滑轮的长木板、托盘、重物（砝码）、细绳、低压交流电源、天平托盘、重物（砝码）、细绳、低压交流电源、天平(带有一带有一套砝码套砝码)、刻度尺。、刻度尺。例：例：平衡摩擦力平衡摩擦力将长木板不带定滑轮的一端适当垫高，将长木板不带定滑轮的一端适当垫高，使小车的重力沿斜面向下的分力与摩使小车的重力沿斜面向下的分力与摩擦力平衡。擦力平衡。怎样才算平衡好摩擦力了？怎样才算平衡好摩擦力了？小车受到的合外力怎么分析？小车受到的合外力怎么分析？3.3.当小车质量当小车质量M M远远大于钩码质量远远大于钩码质量m m，此时细绳拉力才近

5、似等于钩码重力此时细绳拉力才近似等于钩码重力mgmg1 1，平衡摩擦力平衡摩擦力时时，应应在小在小车车后拖上后拖上纸带纸带，前端切，前端切记记不要不要连连（细绳细绳、托、托盘盘、重物）、重物），先接通，先接通电电源，再用手源，再用手给给小小车车一一个个初速度初速度，若在，若在纸带纸带上打出的点的上打出的点的间间隔是等隔是等间间距的，距的，则则表表明平衡了摩擦力（小明平衡了摩擦力（小车车的滑的滑动动摩擦与摩擦与纸带纸带和打点和打点计时计时器之器之间间的阻力），否的阻力），否则则必必须须重新重新调调整小木板的位置整小木板的位置2.2.因为钩码向下加速，并非因为钩码向下加速，并非平衡态，所以绳子的拉

6、力小于钩码的重力。平衡态，所以绳子的拉力小于钩码的重力。三、实验步骤三、实验步骤 (1)用天平测出小车和重物的质量分别为用天平测出小车和重物的质量分别为M0、m0，并把，并把数值记录下来。数值记录下来。(2)按图将实验器材安装好按图将实验器材安装好(小车上不系绳小车上不系绳)。(3)平衡摩擦力，把木板无滑轮的一端下面垫一薄木板，平衡摩擦力，把木板无滑轮的一端下面垫一薄木板，反复移动其位置，直到打点计时器正常工作后不挂重物的小反复移动其位置，直到打点计时器正常工作后不挂重物的小车在斜面上做匀速直线运动为止车在斜面上做匀速直线运动为止(纸带上相邻点间距相等纸带上相邻点间距相等)。(4)将重物通过细

7、绳系在小车上，小车停靠在靠近打点计将重物通过细绳系在小车上，小车停靠在靠近打点计时器的位置，先接通电源后时器的位置，先接通电源后放开小车，用纸带记录小车放开小车，用纸带记录小车的运动情况；取下纸带并在纸带的运动情况；取下纸带并在纸带上标上号码及此时所挂上标上号码及此时所挂重物的重力重物的重力m0g。(5)保持小车的质量不变，改变所挂重物的重力，重复步骤保持小车的质量不变，改变所挂重物的重力，重复步骤4，多做几次实验，每次小车从同一位置释放，并记录好重物的，多做几次实验，每次小车从同一位置释放，并记录好重物的重力重力m1g、m2g，以及计算出相应纸带的加速度填入表格，以及计算出相应纸带的加速度填

8、入表格1。表格表格1 1物体的质量一定，加速度与受力的关系物体的质量一定，加速度与受力的关系实验次数实验次数加速度加速度a a/(/(m ms s2 2)小车受力小车受力F F/N/N1 12 23 34 45 5 (6)保持托盘中所放重物的质量不变，在小车上加放砝码，保持托盘中所放重物的质量不变，在小车上加放砝码，并测出小车与所放砝码的总质量并测出小车与所放砝码的总质量M（M0+m0)，接通电源，放，接通电源，放开小车，用纸带记录小车的运动情况，取下纸带，记下标号开小车，用纸带记录小车的运动情况，取下纸带，记下标号及对应小车与砝码总质量。及对应小车与砝码总质量。(7)继续在小车上加放砝码，重

9、复步骤继续在小车上加放砝码，重复步骤6，多做几次实验。，多做几次实验。(8)计算出每次实验所得纸带的加速度值及小车与砝码的计算出每次实验所得纸带的加速度值及小车与砝码的总质量填入表格总质量填入表格2。表格表格2 2物体受到的外力一定，加速度与质量的关系物体受到的外力一定，加速度与质量的关系四、数据处理：四、数据处理：1分析加速度和力的关系分析加速度和力的关系：依据表格依据表格1，以加速度以加速度a为纵坐标，以外力为纵坐标，以外力F为横坐标，作为横坐标，作出出aF关系图像，如右图所示。关系图像，如右图所示。化曲化曲为直为直注：这里是假设注：这里是假设a与与M成反比，如果假设成反比，如果假设a与与

10、M2成成 反比，甚至反比，甚至a与与M3成反比，要做什么样的图像？成反比，要做什么样的图像？五、注意事项1平衡摩擦力平衡摩擦力时时不要挂重物，其他情况都跟正式不要挂重物，其他情况都跟正式实验实验一一样样，整个整个实验实验平衡了摩擦力后，不管以后是平衡了摩擦力后，不管以后是改改变变小小盘盘和砝和砝码码的的质质量量还还是改是改变变小小车车和砝和砝码码的的质质量，量，都不需要重新平衡摩擦力平衡摩擦力是指使小都不需要重新平衡摩擦力平衡摩擦力是指使小车车所受所受重力沿斜面方向的分力重力沿斜面方向的分力与小与小车车所受阻力所受阻力(包括包括小小车车所受摩擦力和打点所受摩擦力和打点计时计时器器对对小小车车之

11、后所拖之后所拖纸带纸带的摩擦力的摩擦力)大小相等平衡摩擦力大小相等平衡摩擦力时时，应应在小在小车车后后拖上拖上纸带纸带，先接通，先接通电电源，再用手源，再用手给给小小车车一个初速度，一个初速度，若在若在纸带纸带上打出的点的上打出的点的间间隔是均匀的，隔是均匀的，则则表明平衡表明平衡了摩擦力，否了摩擦力，否则则必必须须重新重新调调整小木板的位置整小木板的位置 (2)平衡了摩擦力之后，正式实验时，小车一定平衡了摩擦力之后，正式实验时，小车一定要连上细绳、托盘、重物。要连上细绳、托盘、重物。(3)俩类俩类实验中都必须满足小车和砝码的总质量实验中都必须满足小车和砝码的总质量远大于远大于小盘和砝码的总质

12、量。小盘和砝码的总质量。其原理将在后面的牛其原理将在后面的牛顿运动定律的应用中专门讨论二者差距越小，图顿运动定律的应用中专门讨论二者差距越小，图象线性越差象线性越差 (4)小车应靠近打点计时器且先接通电源再放车，小车应靠近打点计时器且先接通电源再放车，且在小车到达定滑轮前应按住小车且在小车到达定滑轮前应按住小车。(5)作图像作图像时，要使尽可能多的点在所作直线上，时，要使尽可能多的点在所作直线上，不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线两侧。不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线两侧。离直线较远的点是错误数据，可舍去。离直线较远的点是错误数据，可舍去。注意事项注意事项 五、五、(4)(4)质

13、量的测量误差、纸带上打点计时器打点间隔距离质量的测量误差、纸带上打点计时器打点间隔距离的测量误差、细绳或纸带不与长木板平行都会造成误差的测量误差、细绳或纸带不与长木板平行都会造成误差甲图像甲图像乙图像乙图像六、实验结论：六、实验结论：（注意：这里的力指的是物体所受的（注意：这里的力指的是物体所受的合外力合外力）1、m一定，一定，加速度加速度a与与F的定量关系：的定量关系：2、F一定，一定，加速度加速度a与与m的定量关系的定量关系:F=kma补充方案补充方案2:双车比较加速度法双车比较加速度法1、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

14、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23实验步骤实验步骤:1.1.用天平测出小车和砝码的总质量用天平测出小车和砝码的总质量M，托盘和钩，托盘和钩码的总质量码的总质量m。2.2.安装好实验装置，调整木板倾斜程度，平衡安装好实验装置，调整木板倾斜程度，平衡摩擦力，将两辆小车放在长木板上，一端和带托盘摩擦力，将两辆小车放在长木板上，一端和带托盘的细线连接，一端和较粗的棉线连接，用夹子夹住的细线连接，一端和较粗的棉线连接，用夹子夹住

15、两根棉线。两根棉线。3.3.控制两辆小车质量不变，用细线将托盘与小控制两辆小车质量不变，用细线将托盘与小车相连（托盘和钩码总质量远小于小车质量），释车相连（托盘和钩码总质量远小于小车质量），释放小车。改变托盘和钩码的总质量，多测几组数据。放小车。改变托盘和钩码的总质量，多测几组数据。4.4.控制托盘和钩码的总质量不变，改变小车的控制托盘和钩码的总质量不变，改变小车的质量，多测几组数据质量，多测几组数据探究加速度和力的关系探究加速度和力的关系探究加速度和质量的关系探究加速度和质量的关系（1）夹口的密合性能差是造成误差的原因）夹口的密合性能差是造成误差的原因之一由于小车的质量和速度较大，夹子不之一

16、由于小车的质量和速度较大，夹子不易夹住小车的后拖线；有些时候夹子夹住一易夹住小车的后拖线；有些时候夹子夹住一根拖线，而另一根未被夹住，对应小车仍向根拖线，而另一根未被夹住，对应小车仍向前运动，这些都是造成位移误差的原因前运动，这些都是造成位移误差的原因（2）小小车车运运动动停止停止时时不能与定滑不能与定滑轮轮相碰，相碰，如果小如果小车车碰到定滑碰到定滑轮轮才松手才松手让夹让夹子子夹夹住拖住拖线线，则则与定滑与定滑轮轮相碰的小相碰的小车车位移偏小，位移偏小，产产生生误误差差误差分析误差分析例题例题1 1：在利用打点计时器探究加速度与力、在利用打点计时器探究加速度与力、质量关系的实验中，以下做法正

17、确的是质量关系的实验中，以下做法正确的是()A A平衡摩擦时，应将重物用细绳通过定平衡摩擦时，应将重物用细绳通过定滑轮系在小车上滑轮系在小车上 B B每次改变小车的质量时，不需要重新每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力平衡摩擦力 C C实验时，先放开小车，后接通电源实验时，先放开小车，后接通电源 D D“重物的质量远小于小车的质量重物的质量远小于小车的质量”这这一条件如不满足，对探究过程也不会产生影响一条件如不满足，对探究过程也不会产生影响 B例题例题2 2：如图所示是某同学探究加速度与力、质量的如图所示是某同学探究加速度与力、质量的关系时，已接通电源正要释放纸带时的情况，请你指关系时，

18、已接通电源正要释放纸带时的情况，请你指出该同学的五个差错：出该同学的五个差错：(1)(1)电源电源_；(2)(2)打点计时器位置打点计时器位置_；(3)(3)滑轮位置滑轮位置_；(4)(4)小车位置小车位置_；(5)(5)长木板长木板_。答案：答案：(1)(1)应用应用6 V6 V交流电源交流电源(2)(2)应靠右端应靠右端(3)(3)应使拉线水平应使拉线水平(4)(4)应靠近打点计时器应靠近打点计时器(5)(5)应垫高右端平衡摩擦力应垫高右端平衡摩擦力例题例题3：在在“探究加速度与力、质量的关探究加速度与力、质量的关系系”的实验中，采用如图的实验中，采用如图:所示的实验装所示的实验装置，小车

19、及车中砝码的质量用置，小车及车中砝码的质量用M表示，表示，盘及盘中砝码的质量用盘及盘中砝码的质量用m表示，小车表示，小车的加速度可由小车后拖动的纸带打上的点计算出。的加速度可由小车后拖动的纸带打上的点计算出。(1)当当M与与m的大小关系满足的大小关系满足_时，才可以认为绳对时，才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘及盘中砝码的重力。小车的拉力大小等于盘及盘中砝码的重力。(2)一组同学在做探究加速度与质量的关系实验时，保持盘一组同学在做探究加速度与质量的关系实验时，保持盘及盘中砝码的质量一定，改变小车及车中砝码的质量，测出相及盘中砝码的质量一定，改变小车及车中砝码的质量，测出相应的加速度，采用图像法

20、处理数据。为了比较容易地检查出加应的加速度，采用图像法处理数据。为了比较容易地检查出加速度速度a与质量与质量M的关系，应该做的关系，应该做a与与_图像。图像。(3)如图如图(a)所示为甲同学根据测量数据做出的所示为甲同学根据测量数据做出的aF图线，图线，此图线说明实验存在的问题是此图线说明实验存在的问题是_。(4)乙、丙两同学用同一装置做实验，画出了各自得到乙、丙两同学用同一装置做实验，画出了各自得到的的aF图线如图图线如图(b)所示，两个同学做实验时的哪一个物理所示，两个同学做实验时的哪一个物理量取值不同。量取值不同。例题例题4：某同学根据实验数据在的坐标系上作出某同学根据实验数据在的坐标系上作出aF图像如图所示；图像如图所示；(1)图像斜率的物理意义是图像斜率的物理意义是_。(2)小车和砝码的总质量为小车和砝码的总质量为_kg。(3)图线图线(或延长线或延长线)与与F轴截距的物理意义是轴截距的物理意义是_。答案答案(1)小车和砝码总质量小车和砝码总质量的倒数的倒数(2)1(3)小车受到的阻力为小车受到的阻力为0.1 N