【金学案】高中物理必修一(人教)同步辅导与检测课件：4.2实验：探究加速度与力、质量的关系

空车更容易被推动 由此可猜想加速度还与质量有关． 由此可猜想加速度还与质量有关． 那这些猜想是否正确？如果正确， 那这些猜想是否正确？如果正确， 究竟加速度与质量以及外力又有 什么具体关系呢？ 什么具体关系呢？
思 考
物体的加速度a 可能和哪些因素有关？ 物体的加速度a 可能和哪些因素有关？
m m F1<F2 结论：当物体质量 一定时，物体的加 速度随着力的增大 而增大。 F1 F2 m1 m2 m1<m2 结论：当力的大小 一定时，物体的加 速度随着质量的增 大而减小。 F F
第四章 牛顿运动定律
4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系 实验：探究加速度与力、
法拉利F2003-GA赛车与著名战斗机“飓风 赛车与著名战斗机“ 法拉利 赛车与著名战斗机 2000”的一场 “巅峰对决” 的一场 巅峰对决”
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什么叫物体运动状态的改变？物体运动状态改变的原因是什么？ 什么叫物体运动状态的改变？物体运动状态改变的原因是什么？ 物体运动状态的改变即速度的改变即产生加速度． 物体运动状态的改变即速度的改变即产生加速度． 由牛顿第一定律可知力是改变物体运动状态的的原因． 由牛顿第一定律可知力是改变物体运动状态的的原因． 由此可知加速度与外力有关，那加速度还与什么有关呢？如图， 由此可知加速度与外力有关，那加速度还与什么有关呢？如图， 当我们用同样的外力推空车和推满载的车时有什么区别？ 当我们用同样的外力推空车和推满载的车时有什么区别？
5、如何来平衡摩擦力？ 我们将长木板倾斜一定角度θ，让 µ = tan θ 此时物体在斜面上 受到的合外力为0。做实验时肯定无法 这么准确，做实验时肯定无法这么准确， 我们只要把木板倾斜到物体在斜面上大 致能够匀速下滑（可以根据纸带上的点 来判断）

二、物体运动的加速度的求法
1．在物体后安装一条纸带，通过分析打点计 时器在纸带上打下的一系列的点，根据Δx＝aT2求 出物体运动的加速度．
2．根据初速度为零的匀加速运动的规律x＝
1 2
at2 求加速度，或让两个物体同时由静止开始做匀
加速运动，经过同样的时间再让两物体同时停止运
动，量出两物体的位移x1、x2，则：xx12＝aa12.
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4.2实验：探究加速度与力、质量的关系
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图21-1所示是超市中常用的手推车．我们要用同样大小 的力推动它，空车时容易还是装满货物的时候容易？由此， 我们能得出什么结论呢？
图21-1 在水平面上用大小不同的力去推动同一辆小车，用力大， 则小车运动的距离就大；用力小，则小车运动的距离就 小．那么物体被加速与什么因素有关呢？我们又能得出什么 结论呢？
答案 小车的质量
图21-3乙
三、实验误差分析 例3 用图21－4甲所示的装置研究质量一定时加速度与 作用力的关系．研究的对象是放在长木板上的小车，小车的 质量为M，长木板是水平放置的．小车前端拴着细轻绳，跨 过定滑轮，下面吊着沙桶．实验中认为细绳对小车的作用力 F等于沙和桶的总重力mg.用改变沙的质量的办法来改变小车 的作用力F，用打点计时器测出小车的加速度a，得出若干组 F和a的数据．然后根据测得的数据作出a－F图线．
方法指导
一、探究加速度与质量的关系 例1 某同学在实验中保持拉力不变，得到了小车加速 度随质量变化的一组数据，如下表所示．
实验 加速度 次数 a/(m·s－2)
小车与砝码 总质量
m/kg
小车与砝码 总质量的倒数
m－1/kg－1
1
0.29

M(kg)
1
2
3
4
5
（2）作图分析：作a——1/ M图像
引入新课 猜想与假设 设计实验 进行实验 得出结论
得出结论
1、M一定，加速度a与F的定量关系： a M一定时
0
F
2、F一定，加速度a与M的定量关系:
a F一定时
1̶
M
（注意：这里的力F指的是物体所受的合外力）
引入新课 猜想与假设 设计实验 进行实验 得出结论
保持钩码的数量不变，改变小车的质量，
重复实验五次。
（1）实验数据记录
实验 小车质量 M / kg
次数
加速度 a / (m/s2)
（2）作图分析：
a F一定时
1
2
3
4 5
0
M1̶
引入新课 猜想与假设 设计实验 进行实验 得出结论
进行实验
实验方案二
用气垫导轨探究加速度和力、质量的关系
器材：气垫导轨、滑块、光电门、钩码、天平等
的大小。重复实验五次。 （1）实验数据记录
实验 小车受力F/N
次数
加速度 a / (m/s2)
1
（2）作图分析： 作a——F 图像
a M一定时
2
3
4
5
0
F
引入新课 猜想与假设 设计实验 进行实验 得出结论
进行实验
接通电源，放开小车，让小车在拉力的作用下做加速运动，用
纸带记录小车的运动情况
2、探究加速度与质量的关系（力不变）
重物的质量要远远小于小车的质量m物<<M车， 这样小车受到的拉力才等于重物的重力。
引入新课 猜想与假设 设计实验 进行实验 得出结论

答案： (1)平衡摩擦力 按图装好实验器材即 B 6 V 以下交流电压的学生电源
(2)步骤 D (3)步骤 G
6 V 电压的蓄电池 aM 1 aM
物理 必修1
第四章
牛顿运动定律
实验基础 典例研析 随堂演练 课时提升作业
【规律方法】 1．实验方法——控制变量法 本实验有 F、M、a 三个变量，研究加速度 a 与 F 及 M 的关系时，我们先控制 一个变量，在该实验中要求先控制小车的质量 M 不变，讨论 a 与 F 的关系；再控 制沙和沙桶的质量不变，即 F 不变，改变小车的质量 M，讨论 a 与 M 的关系。 2．要测量的物理量 (1)小车与其上砝码的总质量 M——用天平测出。 (2)小车受的拉力 F——用天平测出沙桶和沙子的总质量 m，由 F＝mg 算出。 (3)小车的加速度 a——通过打点计时器打出的纸带测算出。
答案：
D
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2.如图所示，在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，若 1、2 两个相 同的小车所受拉力分别为 F1、F2，车中所放砝码的质量分别为 m1、m2，打开夹 子后经过相同的时间两车的位移分别为 x1、 x 2， 则在实验误差允许的范围内( A．当 m1＝m2，F1＝2F2 时，x1＝2x2 B．当 m1＝m2、F1＝2F2 时，x2＝2x1 C．当 F1＝F2、m1＝2m2 时，x1＝2x2 D．当 F1＝F2、m1＝2m2 时，x2＝2x1 )
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三、注意事项 1．平衡摩擦力时不要挂重物，整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变小 盘和重物的质量还是改变小车及砝码的质量，都不需要重新平衡摩擦力。 2． 实验中必须满足小车和砝码的总质量远大于小盘和重物的总质量。 只有如 此，重物和小盘的总重力才可视为与小车受到的拉力相等。 3．小车应靠近打点计时器且先接通电源再放手。 4．作图象时，要使尽可能多的点落在所作直线上，不在直线上的点应尽可能 对称分布在所作直线两侧，离直线较远的点应该舍去不予考虑。

高中物理课件
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探究实验
一、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 1、小车质量的测量用。 天平
2、打点计时器的用途是：打出纸带，
测量计算小车的加速度。
3、如何才能给小车提供一个恒定的 合外力？
4、如何来测量小车所受的合外力？
例、如图一个木块正在倾角为θ 为的
实事求是的态度，培 养了严谨的思维作风， 实现情感，态度，价 值观目标。
由数据分析可以得出什么结论？
a F
对实验数据的处理
如何分析这些数据？ －－图象法（图象处理技巧）
a
a
0
F0
m m1
另一种方案
实验器材： 以小车、一端带滑轮的长木板、粗线、 砝码、钩码、天平、刻度尺、宽口夹子
由于操作的原因，不适宜平衡摩擦力
用天平测出 小车的质量m
从打点计时器打 出的纸带计算出 小车的加速度a
砝码的总重力 G当作小车受
到的拉力F
思考：绳子的拉力等于钩码的重量吗？ 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：什么情况下钩码重力可以近似等于 绳子拉力即小车所受的合外力？
当砝码质量比小车质量小得多时 （≤1/6），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。
三角斜面上匀速下滑，试求木块
与斜面的动摩擦因数。
N
mg cos N
Gsinθ
θ
Gcosθ
G
mg sin N mg cos sin tan cos
问：如果此时给物体加上一个沿斜面向
下的力F，那物体现在受到的合外

误差分析
►实验原理不完善造成误差：小盘及盘中砝码的总质量越小，误差越小。
如图说明拉力很大时，AB段明显偏离直线，即所挂小盘及盘中砝码的
总质量太大，不满足远小于小车和车中砝码的总质量的条件。
►平衡摩擦力不准造成误差：实验一环里中设定为光滑水平面情形，所
以实验中应平衡摩擦力，若未平衡摩擦力或平衡不当就会带来系统误差。
进行试验
调试实验装置进行实验
加速度与力的关系
小车质量一定
拉力F
加速度a
加速度与质量的关系
质量m
加速度a
小车所受拉力一定
数据分析
分析a~F
绘 制 a-F 图
像。
若这些点大致在同一条
直线上，故可以判断在质量
一定时，物体的加速度与其
所受的合外力成正比。
数据分析
分析a~F
如何更直观地处理数据？
次
数
当小
其他两个量之间的关系，称为控制变量法。
(3)当小车质量 M 车远大于 m 槽时，细绳对小车的拉力大小近似等于所
挂槽码的重力 m 槽 g，称为近似法。
(4)通过图像研究实验数据，称为图像法。
1
(5)在作图时，由 a-M 车图像转化为 a- 图像，使图线由曲线转化为直
M车
线，称为化曲为直法。
解析
典型考点二
图像法
(4)实验数据处理的科学方法：________。
1
化曲为直法
(5)由 a-M 车图像转化为 a- 图像，所用的科学方法：___________。
M车
解析
(1)由于小车运动时受到摩擦等阻力，所以要补偿阻力，以减小
实验误差，称为阻力补偿法。
(2)在探究加速度与力、质量的关系时，先保持力或质量不变，来探究

【思考】 (1)实验过程中应注意哪几方面的操作安全问题? 提示:①使用打点计时器时,应注意用电安全。 ②注意避免小车、砝码及重物等下落,以免损坏器材或 砸伤身体。
(2)如何判断是否已经平衡摩擦力? 提示:轻轻推动小车,使小车运动,当打点计时器在小车所 连接的纸带上打出的点迹均匀时,说明已经平衡摩擦力。
2.测量、操作不够准确造成偶然误差: (1)质量的测量带来误差。 (2)纸带上打点计时器打点间隔距离的测量误差。 (3)拉线或纸带不与木板平行造成误差。 (4)平衡摩擦力不够(或过度)造成的误差,该误差使作 出的图线在横轴(或纵轴)上产生截距。
【实验原理与设计】 1.实验的基本思想—— 控制变量法: (1)变量的控制要求:在物理实验中,要注意控制实验过 程中的不同变量。 (2)设计思路: ①若讨论加速度与物体受力的关系,应控制_质__量__不变。 ②若讨论加速度与物体质量的关系,应控制_受__力__不变。
(3)实验思想的拓展: 这种控制一些物理量不变,先分别研究待测量与其中一 个物理量的关系,再综合解决问题的控制变量法,被广 泛应用于科学探究中。
2.实验原理: (1)保持小车质量m不变 通过_增__减__重__物__的方式改变作用于小车的力F,测出小车 相应的加速度a,则可得a与F的关系。
(2)保持拉力F不变 通过_在__小__车__上__增__减__砝__码__的方式改变小车的质量m,测出 相应的加速度a,则可得a与m的关系。
3.实验设计——三个物理量的测量方法: (1)拉力的测量。 ①平衡小车所受阻力 a.将木板一端垫高; b.使小车不挂重物时能__匀__速__运__动_; c.此时小车重力沿斜面的分力恰好抵消其所受__摩__擦__力_ _及__其__他__阻__力__。

1.M不变时，记录各组对应的加速度a与小车所受牵 引力F，然后建立直角坐标系，用纵坐标表示加速度 a，横坐标表示作用力F，描点画a－F图像，如果图 像是一条过原点的直线，便证明a与F成正比。
2. F不变时再记录各组对应的加速度a与小车和砝码 总质量M，然后建立直角坐标系，用纵坐标表示加速 度a，横坐标表示总质量的倒数，描点画a－ 1/M图 像，如果图像是一条过原点的直线，就证明了加速度 与质量成反比。
2.安装好实验装置，在小车上装好纸带，纸带另一端穿 过计时器限位孔，调整木板倾斜程度，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（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。
4.改变钩码质量，多测几组数据。
5.控制钩码质量不变，改变小车质量，再测几组数据。
4、实验数据的处理
保 持 力
不 变
设 计 方 案
保持小车 质量不变
设实
计验
对 比 实 验
设 计 二
：
参考方案三:利用气垫导轨来探究
挡光板 △x 光电门1
光电门2
X/t
x x
a v v0 t2 t1
t
t
a
v2
v02
( x )2 t2
( x )2 t1
2x
2x
2、在做“探究加速度与力、质量的关系”的实验时， 某学生 将实验装置如图所示安装，准备接通电源后开始做实验，但他 的装置图中有两个明显的错误，请你指出来：
（1）没有平衡摩擦力 （2）打点计时器应使用低压交流电源
谢 谢 指 教
力的作 用效果
“接”可以改变球的运动状态
“躲”说明大球的运动状态不
易改变
质量大，惯

• 14、Thank you very much for taking me with you on that splendid outing to London. It was the first time that I had seen the Tower or any of the other famous sights. If I'd gone alone, I couldn't have seen nearly as much, because I wouldn't have known my way about.
〖问题〗 ——如何实现变量控制？
【注】小车加速度的计算式：
a
v
2 2
v12
2s
1-75
6
【小结】探究牛顿第二定律的实验方法 〖方法五〗 ——实验装置如图
①小车位移s——由位置传感器直接自动测出 ②小车运动时间t——由传感器脉冲时间自动给出 〖问题〗 ——如何实现变量控制？
1-75
7
【小结】探究牛顿第二定律的实验方法 【探究实验结论】 ①加速度 a 与物体所受合外力F 成正比。即aF
【注】小车加速度的计算式： a
1-75
2s t2
5
【小结】探究牛顿第二定律的实验方法
〖方法四〗 ——实验装置如图 ①小车附载遮光板的宽度s——由刻度尺直接读出 ②遮光板通过光电门的时间t——由电子计时器测出 ③分别计算出遮光板通过光电门的速度v1、v2 ④两个光电门之间的距离——由气垫导轨一侧刻度尺直接读出
• 10、人的志向通常和他们的能力成正比例。2021/3/182021/3/182021/3/183/18/2021 9:42:57 AM • 11、夫学须志也，才须学也，非学无以广才，非志无以成学。2021/3/182021/3/182021/3/18Mar-2118-Mar-21 • 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。2021/3/182021/3/182021/3/18Thursday, March 18, 2021 • 13、志不立，天下无可成之事。2021/3/182021/3/182021/3/182021/3/183/18/2021