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实验：探究加速度与力、质量的关系本节选自人教版高中物理教材第四章第2节《实验：探究加速度与力、质量的关系》，牛顿第二定律是动力学的核心规律，是本章重点和中心内容，而探究加速度与力和质量的关系是学习下一节的重要铺垫。
教材中实验的基本思路是采用控制变量法。
本实验要测量的物理量有质量、加速度和外力。
测量质量用天平，需要研究的是怎样测量加速度和外力。
（1）测量加速度的方案：①方法1：小车做初速度为0的匀加速直线运动，直接测量小车移动的位移x和发生这段位移所用的时间t，a=2x/t2计算出加速度a。
②方法2：将打点计时器的纸带连在小车上，根据纸带上打出的点来测量加速度。
③方法3：让两个做初速度为0的匀加速直线运动的物体的运动时间t相等，那么由a=2x/t2可知，它们的位移之比就等于加速度之比。
（2）提供并且测量物体所受的外力的方案：由于我们上述测量加速度的方案只能适用于匀变速直线运动，所以我们必须给物体提供一个恒定的外力，并且要测量这个外力。
但测力有一定困难，还需平衡摩擦，教材的参考案例提供的外力比较容易测量。
验中作用力F的含义是物体所受的合力。
那么，如何测小车所受合外力F？合我们通过下面具体实验来说明。
二、实验设计实验设计1：用阻力补偿法探究加速度与力、质量的关系1．实验器材：小车、打点计时器、纸带、一端带滑轮的长木板、细线、砝码、钩码、刻度尺、天平。
2．实验步骤（1）用天平测出小车的质量；（2）按图装好实验器材，平衡摩擦力。
（3）控制小车质量不变，用细线将钩码与小车相连，打开打点计时器，释放小车，测出一组数据。
（4）保持小车上的砝码个数不变，改变钩码质量，并测量得F（钩码质量远小于小车质量），多测几组数据。
注意：只有在钩码质量远小于小车质量时，线的拉力近似等于钩码的重力。
（5）控制钩码质量不变，改变小车质量，再测几组数据填入表中。
（6）分析每条纸带，测量并计算出加速度的值；（7）作a－F关系图象，并由图象确定a－F关系。
第四章 2 实验：探究加速度与力、质量的关系速度是描述物体运动状态的物理量，加速度是描述速度变化快慢的物理量。
因此也可以说，加速度是描述物体运动状态变化快慢的物理量。
由前面的学习我们知道，力是改变物体运动状态的原因，质量大的物体运动状态不容易改变。
这说明，加速度与力、质量之间必然存在一定的关系。
下面我们来探究加速度与力、质量之间的定量关系。
本节实验分别从“加速度与力的关系”和“加速度与质量的关系”两方面进行研究。
实验思路将小车置于水平木板上，通过滑轮与槽码相连。
小车可以在槽码的牵引下运动（图4.2-1）。
加速度与力的关系 保持小车质量不变，通过改变槽码的个数改变小车所受的拉力。
小车所受的拉力可认为与槽码所受的重力相等。
测得不同拉力下小车运动的加速度，分析加速度与拉力的变化情况，找出二者之间的定量关系。
可证明这两个力只是近似相等，条件是槽码的质量要比小车的质量小很多。
加速度与质量的关系 保持小车所受的拉力不变，通过在小车上增加重物改变小车的质量。
测得不同质量的小车在这个拉力下运动的加速度，分析加速度与质量的变化情况，找出二者之间的定量关系。
从实验的角度，同时研究某个物理量与另外两个或多个物理量之间的定量关系是非常困难的。
面对这样的问题，我们通常采用控制变量的方法进行研究。
物理量的测量本实验需要测量的物理量有三个：物体的质量、物体所受的作用力和物体运动的加速度。
质量的测量 可以用天平测量质量。
为了改变小车的质量，可以在小车中增减砝码的数量。
加速度的测量 方法1 小车做初速度为0的匀加速直线运动，则测量小车加速度最直接的办法就是用刻度尺测量小车移动的位移x ，并用秒表测量发生这段位移所用的时间t ，然后由a ＝2x t2（1）计算出加速度a 。
方法 2 将打点计时器的纸带连在小车上，根据纸带上打出的点来测量加速度（参考第一章的实验方法）。
方法 3 在这个实验中也可以不测量加速度的具体数值。
这是因为我们探究的是加速度与其他物理量之间的比例关系，因此测量不同情况下物体加速度的比值即可。
高一物理第二节实验探究加速度与力、质量的关系教案教学要求:1、理解物体运动状态的变化快慢，即加速度大小与力有关，也与质量有关。
2、通过实验探究加速度与力和质量的定量关系。
3、培养学生动手操作能力。
主要内容:1、物体加速度与它受力的定量关系现实中，除了在真空中抛体（仅受重力）外，仅受一个力的物体几乎不存在，但一个单独的力作用效果与跟它等大、方向相同的合力作用效果相同，因此实验中力F的含义可以是物体所受的合力。
a与F是成正比。
2、物体的加速度与其质量的定量关系保持物体所受力相同，测量不同质量的物体在该力作用下的加速度，探究加速度与质量关系.a与1／m成正比.随堂练习1．静止在光滑水平地面上的物体，受到一个水平拉力，当力刚开始作用的瞬间，正确的说法是（）A．物体同时获得速度和加速度． B．物体立即获得加速度，但速度仍为零．C．物体立即获得速度，但加速度为零．D．物体的速度和加速度均为零．2．教材在探究牛顿第二定律的实验方案中，比较初速为零的不同物体加速度大小的关系所使用的方法是（）A．比较相同时间内两物体的位移大小关系．B．比较相同位移内两物体的时间关系．C．比较相同速度时的时间关系．D．比较相同位移内两物体的速度关系．3．教材在探究牛顿第二定律的实验方案中，比较初速为零的两个不同物体加速度大小与力和质量的关系所使用的方法是（）A．控制变量法．B．两物体的质量不同，比较在不同外力作用下的位移关系．C．两物体的质量相同，比较在不同外力作用下的位移关系．D．两物体受到的外力相同，比较不同质量物体间的位移关系．F 的下列说法中，符合实际的是（）4．关于由小车实验得出牛顿第二定律maA．同时改变小车的质量m及受到的拉力F，得出加速度、力、质量三者间的关系．B．保持小车的质量不变，只改变小车拉力，就得出加速度、力、质量三者间的关系．C．保持小车的受力不变，只改变小车质量，就得出加速度、力、质量三者间的关系．D．先保持小车质量不变，研究加速度与力的关系；再保持力不变，研究加速度与质量的关系；最后得到加速度、力、质量三者间的关系．5．关于物体运动状态的改变，下列说法正确的是 ( )A．运动物体的加速度不变，则其运动状态一定不变．B．物体的位置在不断变化，则其运动状态一定在不断变化．C．做直线运动的物体，其运动状态可能不变．D ．做曲线运动的物体，其运动状态也可能不变．6．物体运动状态的变化是指 （ ）A ．位置的变化B ．速度的变化C ．加速度的变化D ．质量的变化7．下面哪些说法正确的是 （ ）A ．物体所受合外力越大，加速度越大．B ．物体所受合外力越大，速度越大．C ．物体在外力作用下做匀加速直线运动，当合外力逐渐减小时，物体的速度逐渐减小．D ．如果物体的加速度大小不变，则该物体一定受到恒力作用．8．向右运动的车厢顶上用细线拴住两个小球，固定在车厢顶端于M 和N ，它们只能在如图所示的平面内摆动．某一瞬时出现图示情景，由此可知车厢的运动及两个小球相对于车厢运动的可能情况是： （ ）A. 车厢做匀速直线运动，M 在摆动，N 静止B. 车厢做匀速直线运动，M 在摆动，N 也在摆动C. 车厢做匀速直线运动，M 静止，N 在摆动D. 车厢做匀加速直线运动，M 静止，N 也静止9．下列各种说法中，其中正确的有 ( )A ．一个物体原来以10 m/s 的速度运动，后因某种原因，速度变为30 m/s ，则其惯性增大了B ．已知月球表面的重力加速度只有地球表面的重力加速度的1/6，则同一物体从地球移到月球，其惯性要减小C ．质量大的物体，其运动状态不易发生改变，故质量大的物体惯性大D ．物体运动状态的改变就是物体的加速度发生了改变10．下列说法正确的有 ( )A ．物体受到力的作用后，速度的大小和方向一定同时发生变化B ．物体受到力的作用后，其运动状态一定要发生变化C ．只要物体受到力的作用，就一定会产生加速度D ．物体只有受到不为零的合外力（这里指的是共点力），才会产生加速度，运动状态才会发生变化11．在探究加速度与力、质量的关系得实验中，得到以下三个实验图线a 、b 、c ，描述加速度与质量关系的图线是 ；加速度与力的关系图线是 ； 图线是描述加速度与质量的倒数关系．12．在“探究加速度与力、质量的关系”这一实验中，有两位同学通过测量，分别作出a 一F 图象，如图（a ）（b ）中的A 、B 线所示；试分析：(1) A 线不通过坐标原点的原因是(2) B 线不通过坐标原点的原因是第11题a 第11题b图4—10第11题c(a )(b ) 第12题图[参考答案]2.实验：探究加速度与力、质量的关系1.B2. A3. ACD 4 . D 5. C 6. B 7. A 8. AB 9. C 10. D11. b a c 或 b c a 13. (1) A线在F轴上有一定的截距，表明F达到一定的值后小车才开始有加速度，这是没有平衡摩擦力，或平衡摩擦力不够引起的．(2) B线在a轴上有一定的截距，表明F为0即不加F时小车已经有了一定的加速度，这是平衡摩擦力时木板倾角θ太大，即平衡摩擦力过度引起的．。
第4章第2节实验探究加速度与力、质量的关系【知识与技能】1、理解物体运动状态的变化快慢,即加速度大小与力有关，也与质量有关.2、通过实验探究加速度与力和质量的定量关系。
【过程与方法】1、使学生掌握在研究三个物理量之间关系时,用控制变量法实现。
2、指导学生根据原理去设计实验。
3、帮助学生会分析数据表格，利用图象寻求物理规律。
【情感态度与价值观】1、通过实验探究激发学生的创新精神.2、使学生体验探索自然规律的艰辛与喜悦。
【教学过程】【实验目的】1．学会用控制变量法研究物理规律.2．验证牛顿第二定律。
3．掌握利用图象处理数据的方法.【实验原理】探究加速度a与力F及质量M的关系时，应用的基本方法是控制变量法，即先控制一个参量——小车的质量M不变，探究加速度a与力F的关系；再控制小盘和砝码的质量不变，即力F不变，探究加速度a与小车质量M的关系。
【实验器材】打点计时器、纸带、复写纸、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平、刻度尺、砝码、薄木块。
【实验步骤】1．称量质量：用天平测小盘的质量m0和小车的质量M0。
2．安装器材:按照实验原理图所示装置把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细绳系在小车上(即无小车牵引力）。
3．平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块,反复移动薄木块的位置,直至小车在不挂小盘和砝码的情况下能沿木板做匀速直线运动为止。
4．测量加速度：（1）保持小车的质量不变：把小车靠近打点计时器，挂上小盘和砝码，先接通电源,再让小车拖着纸带在木板上匀加速下滑，打出一条纸带.计算小盘和砝码的重力,即为小车所受的合力,由纸带计算出小车的加速度，并把力和对应的加速度填入表（一)中。
改变小盘内砝码的个数，并多做几次。
（2）保持小盘内的砝码个数不变：在小车上放上砝码改变小车的质量，让小车在木板上滑动打出纸带.计算砝码和小车的总质量M，并由纸带计算出小车对应的加速度,并将所对应的质量和加速度填入表（二）中.改变小车上砝码的个数，并多做几次。
