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4.2 实验:探究加速度与
力、质量的关系
人教版（2019） 高一上
生活经验：用大的力推物体，物体会获得大的加速度；而用小的力推相同的物体，物体会获得小的加速度。
加速度和力之间存在什么样的关系呢？
温故知新:
牛顿第一定律：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。
复习思考：
？
力
运动状态变化
速度变化
产生加速度
力是产生加速度的原因
加速度a 可能与F和m有怎样的关系
思考
m
F1
m
F2
F1m2
F
m1m1
F
a1a1＞a2
注意：这里的力指的是物体所受的合力
物体的加速度a与所受到的合外力F、物体质量m有怎样的定量关系？
研究方法：控制变量法
保持m不变，改变F，研究a 与F的关系;
保持F不变，改变m，研究a与m的关系。
明确几个问题:
2.如何由实验得出结论
1.怎么设计这个实验
1.测量哪些量
2.怎么测量
数据处理：
m不变时，a与F关系；
F不变时，a与m关系。
a、F、m
m：
a:
F:
天平
求出物体所
受的合力
如何测量加速度a:
1.直接测量
2.间接比较
构建一匀变速直线运动
打点计时器
光电门
对应
仪器
控制运动时间t相同
a与x成正比,用x比较a的大小
【实验器材】
打点计时器，纸带及复写纸，小车，一端附有滑轮的长木板，小盘和砝码，细绳，低压交流电源，导线，天平，刻度尺．
实验器材
学生电源
打点计时器
轨道
纸带、复写纸
钩码
小车
刻度尺
其他：导线、细绳
槽码
天平
1.用天平测出小车的质量。
2.安装好实验装置，在小车上装好纸带，纸带另一端穿过计时器限位孔，调整木板倾斜程度，平衡摩擦力。
3.控制小车质量不变，用细线将钩码与小车相连（钩码质量远小于小车质量），打开打点计时器，释放小车，
测出一组数据。
4.改变钩码质量，多测几组数据。
5.控制钩码质量不变，改变小车质量，再测几组数据。
【实验步骤】
◆．实验设计:
方案一：用打点计时器探究
小车：
研究对象，可用天平称其质量M.
打点计时器：测量小车运动过程中的加速度a.
砝码盘和砝码：重力mg提供拉力
合力F=
G
FN
F
f
平衡摩擦力：
G
G1
FN
f
G1平衡摩擦力 f。
当M >>m时，可近似认为小车所受的拉力F等于mg.
演示实验1：探究加速度a与力F的关系
F/ N
a/m·s -2
0.15
0.30
0.45
0.60
0.75
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
当小车质量不变时 次数 F/N a/m ·s -2
1
2
3
4
5
0.10 0.146
0.20 0.302
0.30 0.428
0.40 0.592
0.50 0.751
如何更直观地处理数据？
【数据处理】
1．实验数据的记录处理：
M一定，a与F关系
结论：M一定时，
a∝F
演示实验2：探究加速度a与质量m的关系
m/ kg
a/m·s -2
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
a/m·s -2
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
/kg -1
m
1
当拉力不变时 次数 m/kg a/m ·s -2
1 0.861
2 0.692
3 0.470
4 1
5 1.200
/kg -1
2.50
2.00
1.33
1.00
0.83
m
1
0.400
0.500
0.750
0.352
0.290
2．实验数据的记录处理：F一定，a与 M的关系
结论：F一定时，
a∝1/M
光电门1
光电门2
挡光板
△x
X/t
方案二:利用气垫导轨来探究
光电门
数字计时器
小车
小车
夹子
Ｆ
Ｆ
方案三：
对比试验法
由于两小同时启动、同时停止,故运动时间相等(Ｖ０＝０；ｔ相同时)
让两小车的质量相同m1=m2，两托盘钩码的个数不同 (F1≠F2) 。
探究a与 F的关系时
探究a与m的关系时
让两托盘钩码的个数相同(F1=F2) 两小车的质量不同m1≠m2 。
保持力不变
设计对比实验
保持小车
质量不变
装置图
实验方案原理
x1
x2
F1
F2
在相同的时间内，两小车移动的距离分别为:
a1/ a2 = x1/x2
测量出 x1 、x2
1. 控制 m 不变，探究 a 与 F 的关系。
2. 同理，控制 F 相同，探究 a与 m 的关系。
(Ｖ０＝０；ｔ相同)
◆误差分析.M一定，a与F的关系；
a/m·s-2
F/N
0
结论：在M一定时，a与F成正比；
思考1：该图像斜率的物理意义；
思考2：如图粉颜色图线是由于原因导致的？
思考3：如图蓝颜色图线是由于原因导致的？
a0
F0
结论：没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不充分（木板的倾角过小）
结论：平衡摩擦力过度；
◆误差分析: （系统误差 OR 偶然误差）
0
F
a
0
F
a
①平衡摩擦力过度
②没有平衡摩擦力或木板的倾角过小
1、不过原点的直线
2、实验数据明显不共线——弯曲图线
①轨道粗糙程度不均匀
②砂桶总质量没有远小于小车质量
0
a
§证明：当m<但实际上
当小车质量M恒定：理论上
应该是正比例图像
【注意事项】
1．在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细线系在小车上，即不要给小车加任何牵引力，并要让小车拖着打点的纸带运动．
2．每条纸带必须在满足小车与车上所加砝码的总质量远大于小盘和砝码的总质量的条件下打出．只有如此，小车受到的拉力才可视为等于小盘和砝码的总重力．
3．改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，再放开小车，且应在小车到达滑轮前按住小车．
【误差来源】
1．测量误差： （1）质量的测量．
（2）打点间隔距离的测量．
2．操作误差(偶然误差)：
（1）拉线或纸带不与木板平行．
（2）倾斜角度不当，平衡摩擦力不准．
3．原理误差（系统误差）：
本实验中用小盘和砝码的总重力代替小车受到的拉力(实际上小车受到的拉力要小于小盘和砝码的总重力)，存在系统误差.
练一练
关于“探究加速度与力、质量的关系”实验，下列说法中正确的是( )
A. 本实验采用的方法是控制变量法
B. 探究加速度与质量的关系时，应该改变拉力的大小
C. 探究加速度与力的关系时，作a F图象应该用线段依次将各点连接起来
D. 探究加速度与质量的关系时，为了直观判断二者间的关系，应作出a M图象
A
练一练
某组同学实验得出数据，画出a F图如图所示，那么该组同学实验中出现的问题可能是( )
A. 实验中平衡摩擦力时长木板垫起
的角度太小
B. 实验中平衡摩擦力时长木板垫起
的角度太大
C. 实验中绳子拉力方向没有跟平板平行
D. 实验中不满足“砂桶和砂的总质量远小于小车质量”的条件
B
练一练
在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中：
(1)某同学在接通电源进行实验之前，
将实验器材组装成如图所示的装置图．
请你指出该装置中的两处错误或不妥之处：
①__________________________________________________；
②__________________________________________________．
(2)改正实验装置后，该同学顺利地完成了实验．图中是他在实验中得到的一条纸带，图中相邻两计数点的时间间隔为0.1s，由图中的数据可算得小车的加速度a为_______m/s2(结果保留两位有效数字)．
(3)为保证绳子对小车的拉力约等于小盘和重物的总重mg，小盘和重物的质量m与小车的质量M应满足的关系是____________．
打点计时器不应使用干电池，应使用交流电源
小车初始位置离打点计时器太远，应靠近打点计时器
0.20
M>>m
例1：在探究“加速度与力、质量的”关系实验中，关于小车所受的合力，下列叙述中正确的是（ ）
A．小车所受合力就是所挂吊盘和砝码的重力
B．小车所受合力的大小等于吊盘和砝码通过细绳对小车的拉力。
C．只有平衡摩擦力后，小车所受合力才等于细绳对小车的拉力
D．只有平衡摩擦力后,且小车的质量远大于吊盘与砝码的总质量时小车所受合力可以认为等于吊盘和砝码的重力
D
例2：在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，采用如图所示的装置．
”
(1)本实验应用的实验方( ).
控制变量法
(2)下列说法中正确的是( )
A．在探究加速度与质量的关系时，应改变拉力的大小
B．在探究加速度与外力的关系时，应该改变小车的质量
C.在探究加速度a与质量m的关系时，为了直观判断二者间的关系，应作出 图像。
D．当小车的质量远大于托盘和砝码的总质量时，才能近似认为细线对小车的拉力大小等于托盘和砝码的总重力大小
CD
(3)某同学测得小车的加速度a和拉力F的数据如表所示（小车质量保持不变）
F
/N
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
a
/m·s
－
2
0.10
0.20
0.28
0.40
0.52
根据表中的数据在坐标图上作出a-F图像
例2：在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，采用如图所示的装置．
图线不过原点的原因可能是？
未平衡摩擦力或平衡摩擦力不充分。
某同学设计了一个探究加速度a与物体所受合力F及质量m关系的的实验，如图所示，图甲为实验装置简图，交流电的频率为50Hz
随堂练习
(1)图乙为某次实验得到的纸带，根据纸带可求出小车加速度大小为________m/s2(保留两位有效数字)
3.19
某同学设计了一个探究加速度a与物体所受合力F及质量m关系的的实验，如图所示，图甲为实验装置简图，交流电的频率为50Hz
随堂练习
(3)保持小车质量不变，改变砂和砂桶质量，该同学根据实验数据作出了加速度a随合力F的变化图线，如图所示．该图线不通过原点，请你分析其主要原因
_______________________________.
未平衡摩擦力或平衡摩擦力不充分。
随堂练习
2.在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，在研究作用力一定时加速度与质量成反比的结论时，下列说法中错误的是( )
”
A．平衡摩擦力时，应将装砂的小桶用细绳通过定滑轮系在小车上
B．每次改变小车质量时，不需要重新平衡摩擦力
C ．实验时，先放开小车，再接通打点计时器电源
D．小车运动的加速度，可从天平测出装砂小桶和砂的质量m及小车质量M直接用公式 求出.
ACD
随堂练习
3．关于本节的实验操作，下列说法中符合实际的是( )
A．通过同时改变小车的质量m及受到的拉力F的研究，能归纳出加速度、力、质量三者之间的关系
B．通过保持小车质量不变，只改变小车的拉力的研究，就可以归纳出加速度、力、质量三者之间的关系
C ．通过保持小车受力不变，只改变小车质量的研究，就可以得出加速度、力、质量三者之间的关系
D ．先不改变小车质量，研究加速度与力的关系；再不改变小车受力，研究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度、力、质量三者之间的关系
D
4．如图所示是某同学做探究“加速度与力、质量的关系”实验时，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．
答案
①应用低于6V的交流电源
②应在木板的右端
③应使小车左端的线与木板平行
④应靠近打点计时器
⑤应垫高右端平衡摩擦力
随堂练习
https://www.21cnjy.com/help/help_extract.php

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