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第四章 运动和力的关系
第 2 节 实验：探究加速度有力、质量的关系
教学目标
1、学会用控制变量法研究物理规律
2、学会怎样由试验结果得出结论
3、探究加速度与力、质量的关系
牛顿第一定律告诉我们：
力是改变运动状态的原因，即力是使物体产生加速度的原因，质量是保持原有运动状态的原因。
加速度与力、质量之间必然存在定量的关系。
这一节我们来探究加速度与力、质量之间的定量关系。
情景引入
1.实验要说明什么问题
2.怎么设计这个实验
a与F关系
a与m关系
（1）测量哪些量
（2）怎么测量
控制一个量不变
控制变量法
保持物体质量m不变，改变物体受力，测a、F
保持物体所受拉力F不变，改变物体质量，测a、m
a、F、m
质量
天平
加速度
？
力
？
一、实验思路
参考方案一：用打点计时器探究
质量的测量
可用天平测量小车的质量M.通过在小车中增减砝码的数量，改变小车的质量。
槽码
小车
打点计时器
带滑轮的长木板
细线，天平，纸带，导线，交流电源，复写纸，刻度尺
二、物理量的测量
加速度的测量
.
.
.
.
.
.
.
0
1
2
3
4
5
6
x1
x2
x3
x4
x5
x6
A
B
C
T=0.1s
方法1：用刻度尺测量小车位移x，用秒表测量发生位移所用时间t，由
方法2：利用打点计时器进行实验，根据纸带上打出的点可测量加速度
力的测量
小车合力？
FN
mg
F
f
不易求出
遇到困难
平衡摩擦力使绳子的拉力成为小车受到的合力 F合 = T
平衡摩擦力
阻力补偿法探究加速度与力、质量的关系
当m << M 时，则槽码的重力近似等于绳子拉力 T = mg
在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车在斜面上做匀速直线运动为止(纸带上相邻点间距相等)。
FN
mg
f
F合 = mg
mg
T
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
结论：
m一定，加速度a与F的定量关系：
表1 小车质量一定
拉力F
加速度a
0.10
0.146
0.20
0.30
0.40
0.50
0.302
0.428
0.592
0.751
三、数据处理
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
表2 小车所受的拉力一定
质量m
加速度a
0.400
0.500
0.750
1.000
1.200
0.861
0.692
0.470
0.352
0.290
表2 小车所受的拉力一定
质量m
加速度a
0.400
0.500
0.750
1.000
1.200
0.861
0.692
0.470
0.352
0.290
2.50
2.00
1.33
1.00
0.83
a/m·s -2
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0 1.0 2.0
/kg -1
m
1
结论：
F 一定，加速度a与m的定量关系：
1.m一定，加速度a与F的定量关系：
(注意：这里的力指的是物体所受的合外力)
2. F 一定，加速度a与m的定量关系：
四、实验结论
实验器材：小车、一端带滑轮的长木板、粗线、砝码、小盘、天平、刻度尺、宽口夹子。
参考方案二：用位移比值法探究
实验原理：在实验中，我们可以根据两个小车的运动时间相同，结合运动学公式， 得到加速度的比值等于运动位移的比值，在实验中可以不测量加速度的具体数值。
实验过程：
保持小车质量M不变，改变外力F
保持外力F不变，改变小车质量M
F2 / F1
x2 /x1
O
次数
1
2
3
4
x2
x1
F2
F1
F
a
a1
a2
x2/x1
O
次数
1
2
3
4
M2 / M1
x2
x1
M2
M1
M1
M2
a
M
1
a1
a2
M1 / M2
光电门
数字计时器
拓展探究
光电门1
光电门2
挡光板
Δx
x/t
拓展探究：利用气垫导轨来探究
探究小车的加速度a与合力F、小车质量m之间的关系：
控制变量法，逐差法求加速度Δx = aT2
方便求合力的处理方法：平衡摩擦力，m << M
化曲为直的数据处理方法
结论：M一定时
课堂总结
F一定时
跟踪练习
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钩码的重力
B.小车所受合力的大小等于钩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钩码的总质量时小车所受合力可以认为等于钩码的重力
CD
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
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.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
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。
5．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
谢谢
大家

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