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§4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系

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人教版必修一 4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系(共30张PPT)

人教版必修一 4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系(共30张PPT)

方案三： 课本上参考案例中的实验方案
Ｆ
小车
夹子
Ｆ
小车
由于两小同时启动、同时停止,故运动时间相同
只需验证：
m一定时： F一定时：
x1 F1 x2 F2
x1 m2 x2 m1
（ ） a1 F1 a2 F2
（ ） a1 m2 a2 m1
m
光滑水平面
F
例六、(09台州)如图所示，在探究加速度与力、质
由乙图中游标卡尺测得遮光条的宽度d. 该实验小组在做实验
时，将滑块从甲图所示位置由静止释放，由数字计时器可以
读出遮光条通过光电门1的时间Δ t1，遮光条通过光电门2的时 间Δ t2，则滑块经过光电门1时的瞬时速度的表达式v1＝____， 滑块经过光电门2时的瞬时速度的表达式v2＝___，则滑块的加 速度的表达式a＝_____.(以上表达式均用字母表示)
4.22 cm，sBC＝4.65 cm，sCD＝5.08 cm，sDE＝5.49 cm，
sEF＝5.91 cm，sFG＝6.34 cm.已知打点计时器的工作频
率为50 Hz，则小车的加速度a＝________m/s2(结果保留
两位有效数字)．
0.42
图乙
例四、(2012·舟山模拟)在探究“加速度与力、 质量的关系”的实验中：
实 验 次 数
车 号
小车 质量 （g）
码盘 质量 （g）
车中砝 码质量 （g）
盘中砝 码质量 （g）
小车位 移（cm）
1
甲 乙
50 50
10 10
0 0
0
15
10
30
2
甲 乙
50 50
10 10
0 50

4.2实验：探究加速度与力、质量的关系

4.2实验：探究加速度与力、质量的关系
实验步骤 1．用天平测出小车的质 量m，并记录．
2．按图所示，安装实验器材，只是不把悬挂槽码用 的细绳系在车上，即不给小车施加牵引力．
3．阻力补偿：把木板的一侧垫高，以补偿打点计时 器对小车的阻力及其他阻力。调节木板的倾斜度，使 小车在不受牵引力时能拖动纸带沿木板匀速运动。
4．a与F的关系：小车质量一定，改变槽码个数以改 变小车所受拉力，根据纸带上打出的点来测出相应的 加速度，将数据填在表1中．
A．要保持砂桶和小车始终相连 B．逐渐垫高木板右侧，直到小车恰好开始滑动 C．逐渐垫高木板右侧，直到轻推小车能让小车恰好 匀速滑动 D．每次改变小车内砝码的数量，都要重新进行阻力 补偿
3．在实验“探究加速度与质量的关系”时，下列说 法中正确的是( B )
A．应该改变拉力的大小 B．为了直观判断二者间的关系，应作出 D．只需测量一次，记录一组数据即可
3.F (阻力补偿法)
把木板的一侧垫高，以补偿打点计时器对小车 的阻力及其他阻力。调节木板的倾斜度，使小车在 不受牵引力时能拖动纸带沿木板匀速运动。通过改 变槽码的个数可以成倍的改变小车所受拉力，与此 对应，处理纸带上打出的点来计算加速度。
进行实验 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、槽码若干个、夹子、细绳、低压 交流电源、导线、天平(带有一套砝码)、刻度尺。
2)在补偿阻力时，不要悬挂槽码，小车的另一端应连着 纸带且接通电源。给小车一个初速度，若纸带上打出的 点间隔均匀，表明小车受到的阻力跟它受到的重力沿斜 面向下的分力平衡。之后都不需要重新补偿阻力。
3)改变槽码重力的过程中，要始终保证槽码的质量远 小于小车的质量。
课堂小结
一.实验原理 1.探究方法：控制变量法

4.2实验探究加速度与力质量的关系课件共25张PPT

4.2实验探究加速度与力质量的关系课件共25张PPT

3 运动状态改变难易程度的度量 质量
学习目标
掌握用控制变量法探究加速
1
度与力、质量的定量关系。
知道测量加速度大小的方法。 2
3
了解气垫导轨减小摩擦的原 理，了解光电门及数字计时 器在实验中发挥的作用。
掌握用图象来分析实验数据， 探究物理规律的方法。
4
探究思路
实验：探 究加速度 与力、质 量的关系
回顾与思考 牛顿第一定律及理解：
物体不受力
受力平衡
物体静止或匀速直线运动 运动状态不变
物体受力
受力不平衡
物体不能保持静止或匀速 运动状态改变
那么，物体受力不平衡时，会怎样运动呢？
• 什么是物体运动状态的改变？
1 速度的改变 加速度
• 运动状态改变的原因是什么？
2
联
运动状态改变的原因
力
系
• 如何度量运动状态改变的难易程度？
学习 目标
实验器材：
气垫导轨装置（导轨、滑块、气源、光电门、光电计时 器）、钩码、砝码、天平、力传感器、细绳等。
实验探究：
学习 目标
水平放置的气垫导轨上的滑块所受的摩擦力可以忽略
时，作用在滑块上的拉力就是合外力。
实验设计：
1. 搭建好实验器材，气垫导轨水平； 2. 让滑块在钩码的作用下加速运动； 3. 记录滑块通过光电门的速度v1和v2、钩码的质量、
两光电门间的距离s； 4. 保持滑块的质量不变，通过改变钩码的个数，以改
变拉力的大小，重复实验多次。 优教提示
打开工具栏，点击“课件素材”，选取“动画演示：探究加速度与力的关系”
学习 目标
计算加速度的方法：
数据分析：将滑块质量不变时的数据记入表格进行分过光电 两光电门 加速度计 量m/kg 拉力的大 门A的速 门B的速 间的距离 算a/(m/s2)

4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系(PXH)

4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系(PXH)
（1）没有平衡摩擦力
（2）打点计时器应使用低压交流电源
1．关于“探究加速度与力、质量的关系”的实验，下列说法
D 正确的是( )
A．通过同时改变小车的质量m及受到的拉力F的研究，能归纳出加 速度、力、质量三者之间的关系
B．通过保持小车质量不变，只改变小车的拉力的研究，就可以归纳 出加速度、力、质量三者之间的关系
思考： 如何使小车所 受的合力等于 拉力？
（一）平衡摩擦力： 把木板的一侧垫高，利用小车重力的下滑分力来平衡
打点计时器对小车的阻力及其他阻力。 调节木板的倾斜度，使小车在不受牵引时能拖动纸带沿
木板匀速运动。
（二）测量小车所受的合力： 平衡摩擦力后，当小车受拉力时，则小车所受合力即为拉力。
测出盘和重物的总重量，它近似等于小车运动时所受的拉力。
C．通过保持小车受力不变，只改变小车质量的研究，就可以得出加 速度、力、质量三者之间的关系
④每次小车开始释放时，应尽量靠 近打点计时器，而且先接通电源， 再释放小车。
⑤若没平衡摩擦力或平衡不足（倾角过小）， 则a-F图象不过原点，与F轴相交；
若平衡过度（倾角过大），则a-F图象与 a轴相交。
实验器材
小车、砝码、小盘、细绳、一端附有定滑轮的长木板、薄木块 、打点计时器、低压交流电源、导线、纸带、复写纸、天平、 刻度尺。
m一定，F越大，a越大；
②物体的受力一定时，它的质量越小，加速度也越大；
F一定，m越小，a越大。
这只是定性关系！
物体的加速度a与它所受到的合外力F、 它的质量m有什么的定量关系？
【思考】用什么科学方法来探究它们的关系？
研究方法： （控制变量法）
保持m不变，研究a 与F的关系; 保持F不变，研究a与m的关系。

4.2实验探究加速度与力、质量的关系(共38张PPT)

4.2实验探究加速度与力、质量的关系(共38张PPT)
平衡摩擦力：在长木板的不带滑轮的一端下面垫上一块 薄木板，
反复移动薄木板的位置，直至小车在斜面上运动时可以保持匀速 运动状态（通过在纸带上打出的点迹是否均匀来判断），这时小 车拖着纸带运动时受到的摩擦力恰好与小车所受的重力在斜面方 向上的分力平衡。
请同学们自己确定探究方案，进行实验、作出图象，进行分析、 形成结论.
体的受力，分析加速度与力的关系
2、实验数据分析：设计表格，做a—F图像。
实验
数 据 处 理 ： 加 速 0.75 a/m·s -2 度 与 0.60 力 0.45 的 0.30 关 0.15 系
0 0.1 0.2 0.3 0.4
次数 F/N a/m ·s -2 当小 1 车质 2 量不 3 变时 4
实
验
结
论 ：
实验结论：物体所受合力不变时，
加 加速度与物体的质量成反比。
速
度 与
a 1
质
m
量
的
关
系
三、制定实验方案时的两个问题 1、怎样测量（或比较）物体的加速度?
其实，在这个实验中也可不测加速度的具体数值。
2、怎样提供和测量物体所受的恒力?
实验中的F应为物体所受的合力，如何处理小车所受的摩擦力？
影响加速度的因素
牛顿第一定律告诉我们，当物体受到外力作用时，物体的 速度会发生改变，但它无法解释速度会怎样改变。速度改变的 快慢由加速度来描述。因此探寻物体力与运动之间规律的出发 点，是应考虑加速度与什么因素有关。
列车起动时，速度 是缓慢增加的，加速度 较小。影响加速度的原 因是列车牵引力不够大 还是列车质量太大呢？
得多时，小车所受拉力才近似等于盘和砝码的总重 力。
案例二：
实验器材：

4.2 实验：探究加速度与力-质量的关系

4.2 实验：探究加速度与力-质量的关系

七、注意事项
4．作图象时，要使尽可能多的点在所作直线上，不 在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线两侧。离 直线较远的点是错误数据，可舍去不予考虑。 5．释放时小车应靠近打点计时器且先接通电源再放 开小车。
3. 怎样由实验结果得出加速 度与力及质量的关系？
课堂小结
物体的加速度a与所受到的合外力F、 物体质量m的定量关系：
理论计算表明：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。
2. 合外力等于线的拉力
平衡摩擦力：将长木板平放在实验桌上，在 长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄 木板，反复移动薄木板的位置，直至小车在 斜面上运动时以保持匀速运动状态，这时小 车受到的摩擦力(包括小车所受摩擦力和打 点计时器对小车之后所拖纸带的摩擦力)恰 好与小车所受的重力在斜面方向上的分力平 衡。
验
1
步
2
骤
3
4
5
6.保持托盘中所放重物的质量不变，在小车上加放砝码，
并测出小车与所放砝码的总质量 M，接通电源，放开小车，用
纸带记录小车的运动情况，取下纸带并在纸带上标上号码。
7．继续在小车上加放砝码，重复步骤 6，多做几次实验，
在每次得到的纸带上标上号码。
实验步骤
8．计算出每次实验所得纸带的加速度值及小车与砝码的总
知，相同时间的位移跟加速度成正比。于是 我们可以通过比较物体运动位移来判定加速 度的变化情况。测出两个初速度为零的匀加 速运动在相同时间内发生的位移x1,x2，位移
之比就是加速度之比 a 1 x1 a2 x2
定量分析：
2. 怎样提供和测量物体所受的恒力?
定量分析：
2. 怎样提供和测量物体所受的恒力? A：利用弹簧测力计, 然后用手拉?

4.2实验：探究加速度与力、质量的关系


2．平衡摩擦力后，每次实验时必须满足在小车 上所加砝码的质量远大于砝码和小盘的总质量 的条件下进行．只有如此，砝码和小盘的总重 力才可视为与小车受到的拉力相等．
3．改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽 量靠近打点计时器(或尽量远离定滑轮的一端)，并 应先接通电源，再放开小车，且在小车到达定滑轮 前应按住小车． 4．各纸带的加速度a，都应是该纸带的平均加速 度．
0.40 0.592 0.50 0.751
5
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
F/ N
2.探究加速度与质量的关系
实验基本思路：保持小车所受合力相同，测量 不同质量的小车在该力下的加速度，分析加速 度与质量的关系。
怎样改变小车的质量？
做实验 、得数据、填表格二、 作图象、交流分析、形成结论
1.0
0.8 0.6 0.4 0.2
5．作图象时，要使尽可能多的点在所作直线上， 不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线的两 侧．
误差分析
1．小车质量m应比重物的质量m′大得多，其原理 将在后面的牛顿运动定律的应用中专门讨论．二者 差距越小，图象线性越差． 2．夹口的密合性能差是造成误差的原因之一．由 于小车的质量和速度较大，夹子不易夹住小车的后 拖线；有些时候夹子夹住一根拖线，而另一根未被 夹住，对应小车仍向前运动，这些都是造成位移误 差的原因． 3．小车运动停止时不能与定滑轮相碰，如果小车碰 到定滑轮才松手让夹子夹住拖线，则与定滑轮相碰 的小车位移偏小，产生误差．
位.这样作图线时,坐标点间距不至于过密,误差会小些
小结
探究加速度与力、质量的关系 1.研究方法： 控制变量法 2.数据处理方法： 图象法
3.结论：a∝F a∝1/m

物理 4.2探究加速度与力、质量的关系(共18张PPT)


(1) 为验证小车质量 M不 变时，a 与 F 成正比。小车质量 M 和沙及桶的质量 m 分别选取下列几组数值。应该用哪组效果
会好 ( B )
A. M＝500 g，m 分别为 50 g、70 g、100 g、125 g B. M＝500 g，m 分别为 20 g、30 g、40 g、50 g C. M＝200 g，m 分别为 50 g、70 g、100 g、125 g D. M＝200 g，m 分别为 30 g、40 g、50 g、60 g
得出结论：
在误差允许的范围内，加速度与力成 正比，与质量成反比。即：
m一定：a F
F一定：a 1 m
小 结：
1、实验的研究方法 2、研究方法 ： 控制变量法 —— 控制变量法
2、实验的注意事项 子的拉力小于钩码的重力。
2、研究方法 ： 控制变量法 应该用哪组效果会好 ( )
在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，研究加速度与力的关系时，当牵引小车的物体质量取值较大时，得到的图象将有明显的弯
⑴ 平衡摩擦力 曲，如图所示，试分析其原因。
⑴ 质量一定时，加速度与力的大小成正比
⑵ m << M
加速度的大小与物体的质量大小有关。
3、数据的处理方法 —— 图像法 200
0.
______________________________________。
研究对象，可用天平称其质量
则40下0 列说法中0.要正确的点是 ( ：)设法使图线成一条(过原点的)直线
0.15
F/ N
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
次数
1
当拉
2
力不
3
变时
4
5
a/m·s -2

4.2实验探究加速度与质量、力的关系

4.2 实验：探究加速度与质量、力的关系一．知识梳理1．实验目的：2．实验原理：3．实验器材：4．实验注意要点：（1）（2）（3）二．问题精析【问题1】在的实验中，小车包括砝码的质量为什么要远大于砂和砂桶的总质量。

【问题2】在利用打点计时器和小车做实验时，实验前为什么要平衡摩擦力？应当如何平衡摩擦力？【问题3】-F图线出现截距的原因和调整方法是什么？三．课后练习1．在验证牛顿第二定律的实验中，平衡摩擦力时（）A．不能将装砂子的小桶用细绳通过滑轮系在小车上B．小车后的纸带必须连好，但打点计时器可以不打点C．应使打点计时器打在纸带上的相邻点迹间的距离相等D．每次改变小车的质量，必须再次平衡摩擦力2．在做验证牛顿第二定律实验时（）A．应该使砂子和小桶的总质量远小于小车和砝码的总质量，以减小实验误差B．可用天平测得小桶和砂的总质量m1，小车和砝码的总质量m2,根据公式，求出小车的加速度C．处理实验数据时采用描点法画图象，是为了减小误差D．处理实验数据时采用图象，是为了便于根据图线直接地作出判断3．某学生在做验证牛顿第二定律实验中，测得小车加速度a和拉力F数据如下表所示（1）根据表中的数据在右图中作出a-F图线（2）图线在F轴上截距物理意义是（3）图线斜率物理意义是4．做验证牛顿第二定律的实验中，由于没有考虑砂桶的质量，结果的图象应该是哪一幅？（）5．右图是根据验证牛顿第二定律实验数据描述的三条a－F图线，下列说法中正确的是（）A．三条倾斜线所对应的小车和砝码的总质量相同B．三条倾斜线所对应的小四和砝码的总质量不同C．直线1所对应的小车和砝码的总质量最大D．直线3所对应的小车和砝码的总质量最大6．某学生做：“验证牛顿第二定律/的实验在平衡摩擦力时，把长木板的端垫得过高，使得倾角偏大。

他所得到a-F关系可用图1-11中哪根图线表示？（图中a是小车的加速度，F是细线作用于小车的拉力）（）。

高中物理必修一：4.2实验：探究加速度与力、质量的关系


数据处理 1．分析加速度和力的关系 依据表格1，以加速度a为纵坐标，以外力F为横坐标，作 出a－F关系图象．
实验结论：物体的加速度 与作用在物体上的合外力 成正比，与物体的质量成 反比．
【注意事项】
1.一定要平衡摩擦力,在平衡摩擦力时,不要把悬挂小盘的细线系在小 车上,即不要给小车加任何牵引力,并要让小车拖着打点的纸带运动.
摩擦力的标志．
(2014·南京高一检测)如图所示是某同学探究加速度 与力、质量的关系时，已接通电源正要释放纸带时的 情况，请你指出该同学的五个差错；
(1)电源_应__用_6__V_交_ 流；电源 (2)电磁打点计时器位置_应__靠__右__端_； (3)滑轮位置_应__使__拉__线_水；平 (4)小车位置_应__靠_近__打__点；计时器 (5)长木板_应__垫__高__右__端__平_衡__摩__擦__力．
两有车( 的A 位) 移分别为x1、x2，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
方案三:利用气垫导轨来探究
挡光板 △x 光电门1
怎样改变小车的质量？
【实验步骤】
1.用天平测出小车和重物的 质量分别为M、m，并把数 值记录下来． 2.按如图所示把实验器材安 装好,只是不把悬挂小盘的细 绳系在车上,即不给小车施加 牵引力. 3.平衡摩擦力:在木板无滑轮的一端下面垫一薄木板，反复移动其位 置，直到打点计时器正常工作后不挂重物的小车在斜面上做匀速直 线运动为止(纸带上相邻点间距相等)．
2.整个实验平衡了摩擦力后,不管以后是改变小盘和砝码的总质量还 是改变小车和砝码的总质量,都不需要重新平衡摩擦力.
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观察学习卷实验装置图回答问题
1、我们的研究对象是什么？ 2、如何测量小车运动的加速度？ 3、如何测量小车连同砝码的质量？ 4、小车在水平面上所受的拉力是否等于小车 的合力？如果不是应该怎么处理？ 5、小车所受的拉力是否等于钩码的重力，为 什么？
小车
纸带
打点计时器
数 据 处 理 ： 加 速 度 与 力 的 关 系
0.4 0.2
0
1 /kg -1 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2mm/ kg 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
另一种方案
探 究 加 速 度 与 力 的 关 系
0
次 数
1
F2 F1
x2 x1
x2 /x1
2 3 4
a2 a1
F2 / F1
另一种方案
探 究 加 速 度 与 质 量 的 关 系
实验一 小车质量 M 不变，拉力F变（改变 小桶内钩码的个数） 每改变一次拉力测出 对应的加速度。
0.75
s 次数 F/N a/m · -2 当小 车质 量不 变时 1 2 3 4 5 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50
如何更 直观地 处理数 据？
a/m· -2 s
0.146 0.302 0.428 0.592 0.751
§4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系
思 考
物体的加速度a 可能和哪些因素有关？
m m F1<F2 F1 m1 m2 m1<m2 F
F2
F
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。
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。
注意：这里的力指的是物体所受的合外力
0.60
0.45
0.30
0.15 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 F/ N
实验二 拉力F不变，当 依次改变小车的总 拉 质量M，分别测出 力 小车的加速度
1.0 0. 1 2 3 4 5
1 M/kg a/m · -2 m /kg -1 s 2.50 0.400 0.861 0.500 0.692 2.00 0.750 0.470 1.33 1.00 1.000 0.352 0.83 1.200 0.290
0
次 数
1
M2 M1
x2 x1
a2 a1
M1 M2
x2 /x1
2 3 4
M2 / M1 1 2