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1、第第2 2节：实验：探究加速度与力、节：实验：探究加速度与力、质量的关系质量的关系 认识：掌握利用认识：掌握利用图像处理数据图像处理数据的方法，实验中注意的方法，实验中注意的事项和引起的事项和引起误差的原因误差的原因 理解：用理解：用控制变量法控制变量法探究加速度与力质量的关系，探究加速度与力质量的关系，实验原理实验原理应用：控制变量法和实验步骤应用：控制变量法和实验步骤猜想：猜想：a和和F有关，且可能是有关，且可能是Fa 猜想：猜想：a和和M有关，且可能是有关，且可能是a 1M思考与讨论：思考与讨论：力是改变物体运动状态的原因，即力是使物体产生力是改变物体运动状态的原因，即力是使物体产生加速
2、度的原因。加速度的原因。那么，产生的加速度的大小与哪些因素有关呢？那么，产生的加速度的大小与哪些因素有关呢？物体质量物体质量一定一定时，受力越时，受力越大大，其加速度越，其加速度越大大；物体受力物体受力一定一定时，质量越时，质量越小小，其加速度越，其加速度越大大。一研究方法：一研究方法：控制变量法控制变量法（1）在）在质量质量M相同相同时：研究加速度时：研究加速度a和外力和外力F的关系的关系（2）在）在外力外力F相同相同下：研究加速度下：研究加速度a和质量和质量M的关系的关系二实验设计（二实验设计（1 1）：）：（）实验装置：（）实验装置：（）实验器材：（）实验器材：砝码若干砝码若干（用来改变
3、小车质量）（用来改变小车质量）天平天平（用来测量沙桶与沙的总质量）（用来测量沙桶与沙的总质量）打点计时器、交流电源、复写纸、纸带、刻度尺、带打点计时器、交流电源、复写纸、纸带、刻度尺、带定滑轮的长木板、小木块、小车、细线、沙桶和沙、定滑轮的长木板、小木块、小车、细线、沙桶和沙、需测物理量：需测物理量：a、F、M质量质量M：用天平测量：用天平测量，用钩码改变质量用钩码改变质量拉力（合力）拉力（合力）F：用沙和沙桶的总重力替代：用沙和沙桶的总重力替代加速度加速度a：用打点计时器打出的纸带求小车的加速度用打点计时器打出的纸带求小车的加速度（3）实验步骤及数据处理）实验步骤及数据处理1 1、研究保持小
4、车的、研究保持小车的质量不变质量不变时，时，加速度与力加速度与力的关系的关系(M=200=200克克)在小车前端系一条细绳，绳的另一端跨过定滑轮下端可挂在小车前端系一条细绳，绳的另一端跨过定滑轮下端可挂沙沙桶桶。（。（细绳平行轨道、纸带拉直细绳平行轨道、纸带拉直）将打点计时器固定于水平板上将打点计时器固定于水平板上,将小车放在水平板上将小车放在水平板上,在小车在小车的后面安装一条打点计时的纸带。的后面安装一条打点计时的纸带。平衡摩擦力：平衡摩擦力：微抬起平板有打点计时器的一端，使小车恰微抬起平板有打点计时器的一端，使小车恰好能沿平板匀速滑下，用另一平板插入水平板下好能沿平板匀速滑下，用另一平板
5、插入水平板下让让小车停在打点计时器附近小车停在打点计时器附近,在细绳下端挂上在细绳下端挂上沙桶沙桶，先先按下按下打点计时器开关，打点计时器开关，再再放开小车，使小车做匀加速运动。放开小车，使小车做匀加速运动。小车所小车所受合力近似用沙桶和沙的总重力来表示受合力近似用沙桶和沙的总重力来表示记下小车受到的合力的数值记下小车受到的合力的数值,利用纸带计算相应的加速度的利用纸带计算相应的加速度的数值，填入表格内。数值，填入表格内。结论：保持物体的结论：保持物体的质量不变质量不变时，加速度与时，加速度与合力合力成成正比正比。增减沙桶中的沙子，改变小车所受到的合力，再重复上述实增减沙桶中的沙子，改变小车所
6、受到的合力，再重复上述实验验4 4次，将小车所受合力的不同数值和相应的加速度填入表格。次，将小车所受合力的不同数值和相应的加速度填入表格。将得到的数据处理到图象上，作出将得到的数据处理到图象上，作出a aF F的图象的图象实验次数实验次数加速度加速度a/ma/ms s-2-2小车受力小车受力F/NF/N1 1 2 2 3 34 45 5 FaO这些点在一条这些点在一条过过原点原点的直线上的直线上 2 2、研究物体受、研究物体受力不变力不变时，时，加速度与质量加速度与质量的关系的关系 将上述实验过程中，所挂将上述实验过程中，所挂沙桶和沙的重力不变沙桶和沙的重力不变，改变，改变小车质量小车质量4
7、4次，记下记下小车质量的不同数值及测出相应的加速度的数值，次，记下记下小车质量的不同数值及测出相应的加速度的数值，填入表格。填入表格。实验次数实验次数 加速度加速度a/ms-2小车质量小车质量M/kg 小车质量倒数小车质量倒数1/M12345得到的数据处理到图象上，作出得到的数据处理到图象上，作出a1/M的图象的图象1/MaO点在一条点在一条过原点过原点的直线上的直线上 结论：保持物体结论：保持物体合力不变合力不变时，加速时，加速度与度与质量质量成成反比反比。（4 4）注意事项）注意事项（5 5）误差分析）误差分析FaO*FaO*1/MaO*沙桶连沙的总质量没有沙桶连沙的总质量没有远小于远小于
8、小车的质量。小车的质量。测数据前必须要平衡摩擦，否则作出的图线将不过原点测数据前必须要平衡摩擦，否则作出的图线将不过原点满足满足沙桶和沙的总质量远小于小车的质量沙桶和沙的总质量远小于小车的质量:挂沙桶和沙的总质量挂沙桶和沙的总质量逐渐加大，但不要过大，质量过大，会使图象线性变差逐渐加大，但不要过大，质量过大，会使图象线性变差 未平衡摩擦力未平衡摩擦力或或平衡摩擦力时倾角过小平衡摩擦力时倾角过小平衡摩擦力时倾角过大平衡摩擦力时倾角过大横轴截距横轴截距表示小车所受的阻力大小表示小车所受的阻力大小 实验注意一：平衡摩擦力实验注意一：平衡摩擦力1 1、为什么要平衡？、为什么要平衡？FNFfGMm研究研
9、究a与与F（合力）的关系（合力）的关系一定要平衡摩擦力，确保绳子拉力是小车的合力一定要平衡摩擦力，确保绳子拉力是小车的合力4 4、绳子的拉力就等于小车所受合力，还要注意些什么？、绳子的拉力就等于小车所受合力，还要注意些什么？轻推小车轻推小车,打出的纸带点迹均匀分布，打出的纸带点迹均匀分布，说明小车可作匀速直线运动说明小车可作匀速直线运动2 2、如何平衡？、如何平衡？3 3、如何判断已经平衡？平衡时注意什么？、如何判断已经平衡？平衡时注意什么？适当垫高长木板装打点计时器适当垫高长木板装打点计时器的一端，的一端，使小车重力沿斜面的下滑使小车重力沿斜面的下滑分力与摩擦力相平衡分力与摩擦力相平衡注意：
10、注意：调节定滑轮使绳与导轨平行调节定滑轮使绳与导轨平行FNfG注意：注意：平衡摩擦力平衡摩擦力小车附带纸带但不要挂沙桶小车附带纸带但不要挂沙桶MF=0.5NG=0.5Nm=50克克Mma1a2只有当沙桶和沙的总质量远小于小车的总质量，只有当沙桶和沙的总质量远小于小车的总质量，即即mM时时：a1a2实验注意二：沙桶连沙的总质量一定远小于小车的质量实验注意二：沙桶连沙的总质量一定远小于小车的质量MF=0.5NG=0.5Nm=50克克mF=0.5NMma1a2a1a2只有当沙桶和沙的总质量远小于小车的总质量，只有当沙桶和沙的总质量远小于小车的总质量，即即mM时时：a1a2M实验注意二：沙桶连沙的总质
11、量一定远小于小车的质量实验注意二：沙桶连沙的总质量一定远小于小车的质量实验准备知识：实验准备知识：012345621413TSSa 22523TSSa 23633TSSa 1234561232a+a+a(S+S+S)-(S+S+S)a=39T二实验设计（二实验设计（2）：）：研究做研究做匀加速运动匀加速运动的的小车小车的的加速度加速度a与所受与所受合力合力F及及小车的小车的质量质量M的关系，需要测定的物理量：的关系，需要测定的物理量：a、F、M可用天平测量可用天平测量或或直接用砝码或钩码来改变质量直接用砝码或钩码来改变质量质量质量M：拉力（合力）拉力（合力）F用弹簧秤测量用弹簧秤测量 或用托盘
12、和砝码的重力或用托盘和砝码的重力（2 2）用公式：）用公式：22txa 221atx 测出测出x与对应的时间与对应的时间t，则可求出加速度，则可求出加速度测定小车的加速度测定小车的加速度a 的方法的方法：小车从静止开始做匀加速运动时小车从静止开始做匀加速运动时（1 1）用打点计时器打得的纸带求小车的加速度）用打点计时器打得的纸带求小车的加速度 如果测出两辆初速度为零的匀加速运动的小车在相同时如果测出两辆初速度为零的匀加速运动的小车在相同时间内的位移间内的位移x1、x2，则位移之比就是加速度之比，即：，则位移之比就是加速度之比，即：2121xxaa 两辆小车并排放置，前端各系一条细绳，细绳两辆小
13、车并排放置，前端各系一条细绳，细绳的另一跨过定滑轮各挂钩码，两小车后端也各系一的另一跨过定滑轮各挂钩码，两小车后端也各系一条细绳，一起被一个夹子夹着使两车静止条细绳，一起被一个夹子夹着使两车静止 打开夹子，两车打开夹子，两车同时开始运动同时开始运动，关上夹子，关上夹子，两车同时停下来两车同时停下来，可保证两车运动，可保证两车运动时间相同时间相同。测出两车的位移，就可知道它们加速度的关系测出两车的位移，就可知道它们加速度的关系实验一实验一两车质量相同，所受拉力（合力）：两车质量相同，所受拉力（合力）：2121 FF让两车由静止开始匀加让两车由静止开始匀加速运动相同时间，测出它速运动相同时间，测出
14、它们的位移们的位移x x、x x实验现象：实验现象：2121 xx则：则：2121 aa实验结论：实验结论：物体质量一定时，物体的加速度与所受外力成正比物体质量一定时，物体的加速度与所受外力成正比2121FFaa 或或Fa 即：即：几点说明：几点说明：（1 1）若让多辆小车由静止开始匀加速运动相同时间）若让多辆小车由静止开始匀加速运动相同时间 在质量一定的情况下，测得多个外力（在质量一定的情况下，测得多个外力（F1、F2、F3）对应的加速度（）对应的加速度（a1、a2、a3）可画出可画出aF图象图象，并从中得，并从中得出结论，则所得结论更可靠出结论，则所得结论更可靠Fa实验结论：实验结论：物体
15、质量一定时，物体的加速度与物体质量一定时，物体的加速度与所受外力成正比所受外力成正比Fa 即：即：实验二实验二两车所受拉力（合力）相同两车所受拉力（合力）相同，质量不同：，质量不同：12M1=M2让两车由静止开始匀加让两车由静止开始匀加速运动相同时间，测出它速运动相同时间，测出它们的位移们的位移x x、x x实验现象：实验现象：1221 xx则：则：1221 aa实验结论：实验结论：物体受力一定时，物体的加速度与其质量成反比物体受力一定时，物体的加速度与其质量成反比1221aM=aM或或1aM即：即：M 在受力一定的情况下，测得多辆小车质量分别为在受力一定的情况下，测得多辆小车质量分别为M1、M2、M3时对应的加速度时对应的加速度a1、a2、a3 可画出可画出aM图象图象应为应为 改画为改画为 图象图象1Ma实验结论：实验结论：物体受力一定时，物体的加速度与其质量成反比物体受力一定时，物体的加速度与其质量成反比1Ma 即：即：M
