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第
节
2
科学探究：加速度与力、质量的关系
高中物理 必修第一册
第5章
1．学会用控制变量法研究物理规律。　
2．掌握利用图像法处理数据的方法，探究加速度与力、质量的关系。　
3．学会与他人合作、交流完成探究过程和结果，提升科学推理论证的能力。
学习目标
1.力是改变物体运动状态的原因
2.质量越大，惯性越大，物体的运动状态越难改变
牛顿第一定律
a与物体的合外力F，m有关
引入
产生了a
体验一
对某一物体，受到的力越大，其运动状态越容易改变，即加速度越大。
在课本上撒一些碎纸片和一些小石子，用力使劲吹，观察现象。
对不同的物体，受到相同的力，质量越小的，其运动状态越容易改变，即加速度越大。
体验二
m一定， a∝ F；
在课本上撒一些碎纸片，先用嘴轻吹，再用力使劲吹，观察现象。
猜想与假设
思考：物体的加速度与力、质量有什么定量关系？
实验的基本思路是什么呢？
实验探究
探究加速度与力、质量的关系
“加速度”与“力”、“质量” 二个物理量均有关系，应该如何探究它们的关系？
控制变量法
保证质量一定，探究加速度与力的关系
保证合外力一定，探究加速度与质量的关系
实验目的
定量探究加速度与力、质量的关系
实验方法
实验器材
带滑轮的木板、薄垫块、小车、细绳、重物（小钩码或沙桶）、打点计时器、纸带、交变电流、天平、砝码、刻度尺
实验原理与设计
如何测量加速度、力、质量？
质量
天平
加速度
？
力
？
（1）物体的如何测量？
.
.
.
.
.
.
.
0
1
2
3
4
5
6
s
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。
（2）如何提供并测量小车所受的恒力问题？
T
f
问题3：在探究之间的定量关系实验中，随小车质量的改变而改变，为了操作更方便、准确，该如何改进实验方案？
问题1：在水平桌面上运动小车的合外力是由什么力提供？
问题2：如何得到绳子上的拉力及小车所受到的摩擦力f？
近似认为绳子上的拉力等于钩码的重力；小车所受的f等于小车匀速运动时的拉力。
消掉摩擦力
改进后的装置图
木板一端垫高，用重力的分力1将摩擦力f 平衡抵消掉
O
1
小车所受到的合外力等于细线上的拉力
粗糙斜面上，用悬吊重物的方法为小车提供拉力, 通过改变增减重物的质量就可改变小车受到的拉力。
思考1：绳子的拉力等于钩码的重力吗？为什么？
不等于！因为钩码向下加速，所以绳子的拉力小于钩码的重力。
思考2：什么情况下钩码重力可以近似等于绳子拉力？
当砝码质量比小车质量小得多时，绳子的拉力近似等于砝码的重力，即小车受到合外力近似等于砝码的重力。
控制变量法
保证质量一定，探究加速度与力的关系
保证合外力一定，探究加速度与质量的关系
如何改变合外力的大小？
通过改变悬挂钩码的数量来改变
如何改变运动物体的质量？
通过改变小车上砝码的数量来改变
（1）用天平测出小车和小盘的质量 ，并把数据记录下来(要求： )。
（2）按实验装置图把实验器材安装好（但不要把悬挂小盘的细绳系在小车上）。
（3）平衡摩擦力。
（4）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。
（5）改变钩码数量，多测几组据。
（6）控制钩码质量不变，改变小车质量，再测几组数据。
实验步骤
数据处理
1. 探究加速度与合力的关系(保证小车质量不变)
实验序号 加速度α(m/s2) 拉力
F(N)
1 0.10 0.146
2 0.20 0.302
3 0.30 0.428
4 0.40 0.592
5 0.50 0.751
如何处理数据能更直观的得出结论？
F/ N
a/(m·s -2)
0.15
0.30
0.45
0.60
0.75
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
2. 探究加速度与质量的关系(保证小车合力不变)
实验序号 加速度α(m/s2) 质量
m/kg
1 0.400 0.861
2 0.500 0.692
3 0.750 0.470
4 1.000 0.352
5 1.200 0.290
质量倒数
（kg-1）
2.50
2.00
1.33
1.00
0.83
m/ kg
a/(m·s -2)
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
/kg -1
a/(m·s -2)
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
实验结论
F/ N
0.15
0.30
0.45
0.60
0.75
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
/kg -1
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
a/(m·s -2)
a/(m·s -2)
注意事项
（1）平衡摩擦时，不能挂重物。整个实验过程只需平衡一次摩擦。
（2）实验时，先接通电源，后释放小车。
（3）为了保证细线的拉力等于小车受到的牵引力，细线要与木板保持平行。
（4）为了充分利用纸带，每次开始时，小车应尽量靠近打点计时器，为防止小车翻到地面，要在小车碰到滑轮前用手挡住小车。
A.用天平称出小车和小桶及内部所装砂子的质量
B.按图装好实验器材
C.把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂小桶
D.将电磁打点计时器接在6 V电压的蓄电池上，接通电源，释放小车，打点计 时器在纸带上打下一系列点，并在纸带上标明小车质量
E.保持小桶及其中砂子的质量不变，增加小车上的砝码个数，并记录每次增
加后的值，重复上述实验
F.分析每条纸带，测量并计算出加速度的值
G.作关系图象，并由图像确定的关系
例1(1)用如图所示的装置研究在作用力一定时，小车的加速度与小车(含砝码)质量的关系，甲同学设计的实验步骤如下：
解析:　实验中把小桶及其中砂子的重力之和看成与小车所受拉力大小相等，没有考虑摩擦力，故必须平衡摩擦力且应排在步骤B之后.电磁打点计时器接在6 V电压的蓄电池上将无法工作，必须接在6 V以下交流电源上.作关系图像，得到的是曲线，很难进行正确的判断，必须“化曲为直”，改作关系图象.
①甲同学漏掉的重要实验步骤是 ，该步骤应排在步骤 之后.
②在上述步骤中，有错误的是步骤 ，应把 改为 。
答案
平衡摩擦力
B
③在上述步骤中，处理不恰当的是步骤 ，应把 改为 .
D
6 V电压的蓄电池
6 V以下的交流电源
图像
解析
图像
(2)乙同学根据实验要求安装的实验装置如图(图为已接通电源刚要释放纸带的情况)，请改正乙同学的五个错误.
①电源 ；
②电磁打点计时器位置 ；
③滑轮位置 ；
④小车位置 ；
⑤长木板 。
答案
解析
应用6 V以下的交流电源
应靠右端
应使细绳平行于木板
应靠近打点计时器
应垫高右端以平衡摩擦力
解析：电磁打点计时器应使用低压(6 V以下)交流电源，且要固定在长木板无滑轮的一端，即应靠右端；释放小车时，小车应靠近打点计时器；连接小车的细绳应平行于木板，故应调节滑轮位置使细绳平行于木板；实验时应平衡摩擦力，使小车所受重力沿木板方向的分力与小车所受摩擦力平衡，故应垫高长木板右端以平衡摩擦力。
例2　在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，某次实验测得如下数据：当一定时，的关系如表一所示；当一定时，与 的关系如表二所示.
表一
F/N 1.00 2.00 3.00 4.00
a/(m·s－2) 1.90 3.95 5.85 7.62
表二
0.52 0.67 0.80 1.00
a/(m·s－2) 1.53 2.10 2.49 3.10
(1)在如图所示的相应坐标系中，根据表一、表二所给数据作出图像.
答案
(1)
答案
如图所示
答案
(2)由图象可以判定：当m一定时，a与F的关系成 ；当F一定时，a与m的关系成 .
(3)在研究的关系时，作了，而没作，那么作 图像的优点是
。
正比
反比
图像是曲线，难以找出规律； 是直线，容易找出规律
数字计时器
拓展探究：利用气垫导轨来探究
光电门
光电门1
光电门2
挡光板
1.研究方法
控制变量法
2.研究结论
本课小结
谢 谢！

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