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2.实验：探究加速度
与力、质量的关系
第四章 牛顿运动定律
什么是物体运动状态的改变？
根据牛顿第一定律，物体运动状态改变的原因是什么？
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
物体运动的加速度和什么有关？
1.受力
2.质量
例如：一般小汽车从静止加速到100km/h，只需十几秒的时间，而满载的货车加速就慢的多。
例如：竞赛用的小汽车，质量不很大，却安装着强大的发动机，可以获得很大的加速度。
猜想加速度与力、质量可能有什么关系？
m
F1
m
F2
F1m1m2
F
m1
F
结论：当物体质量一定时，物体的加速度随着力的
增大而增大。
结论：当力的大小一定时，物体的加速度随着质量的
增大而减小。
控制变量法
“a”与“F”、“m” 二个物理量的关系
实验的探究思路确定为两个方面：
一是保证质量不变，探究加速度与外力的关系；
二是保证外力不变，探究加速度与质量的关系。
一.探究内容
探 究 实 验
二.探究方法
2.如何由实验得出结论
1.如何设计实验？
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
三.方法设计
探 究 实 验
有哪些方法？
位移公式：
探 究 实 验
存在问题：
a.怎样测量（或比较）物体的加速度？
方案1:在物体上安装一条打点记时器的纸带，根据纸带的点计算加速度。
方案2:利用刻度尺测量位移并用秒表测量时间，然后利用公式。
逐差法：Δx=aT2
方案3: 相同时间的位移跟加速度成正比。
比较物体运动位移来判定加速度的变化情况
探 究 实 验
b.怎样提供和测量物体所受的力？
方案1：利用弹簧测力计，然后用手拉？
方案2：利用重物来牵引？
探 究 实 验
四.实验方案
方案一：小车、打点计时器、纸带、电源、导线、长木板、细线、砝码、钩码、 刻度尺、天平
砝码　
小车　
打点计时器　
纸带　
小车:
打点计时器:测量小车运动过程中的加速度
钩码:重力提供拉力
研究对象,可用天平称其质量
合力F=
G
FN
FT
f
平衡摩擦力：
G
G1
FN
f
G1平衡摩擦力f。
探 究 实 验
四.实验方案
先不挂小盘和砝码，即不对小车施加拉力。
在木板无滑轮的一端下面垫一薄木块，
反复移动其位置，即调节倾角θ，
直到拖在小车后面的纸带上打出的点距均匀。
即：使小车在无拉力时匀速直线运动。
θ
μ=tanθ
1．用天平测出小车M、砝码的质量和小盘与砝码的总质量m， 记录数据。
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。
探 究 实 验
五.实验步骤
3．控制小车质量不变，用细线将小盘与小车相连，打开打点计时器，释放小车，测出一组数据。再改变小盘内砝码个数，多次实验。
4．保持小盘内砝码个数不变，改变小车质量，再测几组数据。
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
1. 探究加速度与合力的关系
如何更直观地处理数据？
探 究 实 验
六.实验数据及处理
当拉力不变时 次数 m/kg a/m ·s -2
1
2
3
4
5
1/m (kg -1)
2.50
2.00
1.33
1.00
0.83
0.400 0.861
0.500 0.692
0.750 0.470
1.000 0.352
1.200 0.290
2. 探究加速度与质量的关系
1/m (kg -1)
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
六.实验数据及处理
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
m 一定时，a ∝ F
F一定时，a ∝ 1/m
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
1/m (kg -1)
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
七.实验结论
探 究 实 验
质量一定时，加速度a与合外力成正比
合外力一定时，加速度a与质量成反比
探 究 实 验
1．平衡摩擦力的意义及方法
2.小车与车上砝码的总质量远大于小盘和砝码的总质量，只有如此，小车受到的拉力才可近似等于小盘和砝码的总重力。
【注意事项】
m(盘+砝码）
M(车+砝码）
M(车+砝码） m(盘+砝码）
某同学在“探究加速度与物体的质量以及外力的关系”的实验中，获得了如下图像，你认为原因是什么？
平衡摩擦力时长木板倾角过大
（平衡摩擦力过度）
平衡摩擦力时长木板倾角过小
（平衡摩擦力不足）
探 究 实 验
四.实验方案
方案二：小车、一端带有定滑轮的长木板、细线、砝码、刻度尺、
天平、夹子。
夹子：保证两小车运动时间相同
F2 / F1
x2 /x1
0
次数
1
2
3
4
x2
x1
F2
F1
F
a
a1
a2
探 究 实 验
五.实验数据及处理
x2 /x1
0
次数
1
2
3
4
x2
x1
M2
M1
M1 / M2
M1
M2
m
1
a1
a2
探 究 实 验
五.实验数据及处理
a
探 究 实 验
方案三：利用气垫导轨
该方案仪器精密，测量结果精确，摩擦力很小。
气垫导轨装置
探 究 实 验
光电门1
光电门2
挡光板
△x
x t
利用气垫导轨来探究加速度与力、质量的关系
THANKS

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