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第四章 运动和力的关系
2 实验：探究加速度与力、质量的关系
思考：
战斗机在实战中需要高速飞行、
机动灵活的做出各种战斗动作，因
此战斗机需要在哪几方面有质的
提升才能实现上述目标？
——发动机好（推动力大）、轻量化设计（惯性小）
提出问题：加速度与质量和所受的合外力之间存在什么关系？
导入新课
【创设情景，提出问题】
通过以上例子可知加速度与力和质量之间必然存在一定的关系。
(1)当多个物理量均对研究量有影响时，应该采用什么方法？
——控制变量法
(2)如何测得研究对象的加速度？
——①纸带法 ②光电门法 ③公式法……
(3)如何测得研究对象的质量？
——天平
探究加速度与力、质量的关系
(5)如何由实验得出相应的结论
——记录所测量的数据，观察各数据之间的变化关系，利用图像法来定量研究变化关系
探究加速度与力、质量的关系
(4)如何测得研究对象所受的合外力？
——①近似法 ②直接测量（弹簧秤、力传感器）法 ……
方案一：
1．用天平测出小车的质量M ，并把数据记录下来(要求：小车的质量远大于槽码的质量，此时拉力约等于槽码受到的重力，原理留待后续解释)。
2．按实验装置图把实验器材安装好，但不要把悬挂槽码的细绳系在小车上。
3．平衡摩擦力：将长木板的一端适当垫高，让小车拖着纸带运动，直到打出的点间隔均匀，小车做匀速直线运动，此时重力的分量平衡掉摩擦阻力。
探究加速度与力、质量的关系
【制订方案，设计实验】
探究加速度与力、质量的关系
【制订方案，设计实验】
4.细绳绕过定滑轮系在小车上，先通电源再放开小车，取下纸带，并标注牵引力。
5.保持小车质量不变，改变槽码的个数，重复上述实验，记录相应数据。
6.保持槽码的个数不变，在小车上增加砝码，重复上述实验，记录相应数据。
方案二
1.两辆小车对齐放在一端带两个滑轮的长木板上，分别通过细线绕过滑轮与砝码盘相连。用宽口夹子夹住小车后面的细线，使小车均保持静止。
2.释放夹子，让小车运动，再合上夹子，小车同时停止运动。测得对应的位移。在相同的时间内，
所以有 测量位移之比即可得加速度之比。
探究加速度与力、质量的关系
3.可以保持两辆小车的质量相同，改变砝码盘的质量，分别测得位移。
4.可以保持两砝码盘的质量相同，改变小车的质量，分别测得位移。
5.通过以上数据即可用比较法来验证加速度与力、质量的关系。
探究加速度与力、质量的关系
方案三：
1.用天平测出滑块和小盘（包括砝码）的质量 M 和m，并把数据记录下来
(要求：M >> m)
2.测出挡光板的宽度Δx和两个光电门之间的距离x，或者是滑块运动时记录
下经过两个光电门之间的时间t
3.不连接砝码盘，平衡摩擦阻力。然后按照图示的装置示意图连接好各项
器材。
探究加速度与力、质量的关系
4.释放滑块，测得两个光电门的挡光时间分别为t1和t2。
5.保持滑块质量不变，在小盘内放入砝码，重复上述实验，记录相应数据。
6.保持小盘和砝码质量不变，在滑块上增加砝码，重复上述实验，记录相
应数据。
探究加速度与力、质量的关系
1.当保持小车的质量不变时，测量数据并将采集的数据填入下表。
可以观察到牵引力越大，加速度越大，但到底如何准确的验证二者的关系呢？
图像法
【分组实验，采集数据】
实验次数 牵引力 x t1 t2 v1 v2 a
探究加速度与力、质量的关系
（1）以加速度为纵坐标，以牵引力为横坐标，根据所测数据
在坐标纸上描点。
（2）按照图中各点的分布与走向，作出一条直线。所画的点
不一定正好都在这条直线上，但要注意使直线两侧的点数大
致相同。
（3）可得到如图所示的图线。
多次实验均可得到类似的关系，
证明了加速度与合外力成正比。
探究加速度与力、质量的关系
2. 当保持小车合外力不变时，测量数据并将采集的数据填入下表。
实验次数 小车质量 x t1 t2 v1 v2 a
（1）以加速度为纵坐标，以小车质量M为横坐标，根据所测数据在坐标纸上描点．
探究加速度与力、质量的关系
（2）按照图中各点的分布与走向，作出如下作图的图像，能够得出质量越大，加速度越小，但二者到底是不是反比关系？
——可通过变换自变量的方式来进一步验证
探究加速度与力、质量的关系
（3）把横坐标改成小车质量M 的倒数，再进行描点连线，可得到如上右图所示的图像。即加速度a与M的倒数成正比，则可验证与小车质量M 成反比。
化曲为直
1、在保持质量不变的情况下，加速度与合外力成正比。
2、在保持合外力不变的情况下，加速度与质量成反比。
3、本实验采用了控制变量法和图像法（线性拟合）的方法来进行相关的探究。
【分析论证、得出结论】
探究加速度与力、质量的关系
例题、在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，某同学使用了如图1所示的装置，打点计时器使用的交流电频率为50 Hz。
(1)该同学得到一条纸带，在纸带上取连续的六个点，如图2所示，自A点起，相邻两点的距离分别为10.0 mm、12.0 mm、14.0 mm、16.0 mm、18.0 mm，则打E点时小车的速度为_______ m/s，小车的加速度为_______ m/s2。
【应用规律、反思改进】
探究加速度与力、质量的关系
0.85
5.0
(2)该同学要探究小车的加速度a和质量M的关系，应该保持_________________________不变；若该同学要探究加速度a和拉力F的关系，应该保持______________不变。
(3)该同学通过数据的处理作出了a —F图象，如图3所示，则图中直线部分不过原点的原因可能是___________________。
探究加速度与力、质量的关系
拉力F(砂和砂桶的总质量)
小车质量M
平衡摩擦力过度
解析：
(1)D、F两点间的平均速度即为E点的瞬时速度， ，根据 得，
(2)该同学要探究小车的加速度a和质量M的关系，应该保持细线对车的拉力F不变即砂桶(含砂)的质量不变；若该同学要探究加速度a和拉力F的关系，应该保持小车的质量M不变。
(3)图中当F＝0时，a≠0。说明当绳子上没有拉力时，小车的加速度不为0，也就是说小车的摩擦力小于重力的分力，其原因是实验前木板一端垫得过高，即平衡摩擦力过度。
答案：(1)0.85；5.0；(2)拉力F(砂和砂桶的总质量)；小车质量M；
(3)平衡摩擦力过度
探究加速度与力、质量的关系
反思改进
思考在实验过程中,可能会出现哪些影响实验结果的误差？
例如：
1.平衡摩擦力不足或者平衡摩擦力过大
2.细绳张力不等于重物重力大小
3.绳和滑轮间有摩擦
4.距离的测量误差
5.质量的测量误差
……
探究加速度与力、质量的关系
方案改进：利用气垫导轨来探究加速度与力、质量的关系
探究加速度与力、质量的关系
探究加速度与力、质量的关系
创设情境，提出问题
制订方案，设计实验
分组实验，采集数据
分析论证，得出结论
规律应用，反思改进
(1)采用什么方法？
(2)如何测得a、F、M？
(3)如何处理数据、寻找规律？
方案一、方案二、方案三
（1）加速度的测量
（2）合外力的测量
(1)表格记录数据
(2)在a-F图像中描点连线
(3)在a-M和a-1/M 图像中描点连线
1、在保持质量不变的情况下，加速度与合外力成正比。
2、在保持合外力不变的情况下，加速度与质量成反比。
3、控制变量法和图像法（线性拟合）
(1)例题解析
(2)实验误差的分析与改进
课堂小结
课外拓展
1、测量加速度的方法
2、常见误差分析
产生原因 减小方法
偶然误差 质量测量不准、计数点间距测量不准 多次测量求平均值
小车所受拉力测量不准 ①准确平衡摩擦力②使细绳和纸带平行于木板
作图不准 使尽可能多的点落在直线上或均匀分布在直线两侧，误差较大的点舍去
系统误差 小盘及重物的总重力代替小车所受的拉力 使小盘和重物的总质量远小于小车的质量
课外拓展
谢谢观看，
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