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(共35張PPT)
4.2 實驗：探究加速度與力、質量的關系
復習引入:
牛頓第一定律：一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài),除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)。
力是改變物體運動狀態(tài)的原因，
也就是產(chǎn)生加速度的原因；
加速度a與力F有關
慣性：一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)
慣性與質量有關，質量越大慣性越大，運動狀態(tài)越難改變
加速度a與質量m有關
加速度的大小與力、質量有怎樣的關系？
問題與討論：
裝滿貨物
啟動快
啟動慢
受力一定時，質量越小，其加速度越大。
比賽用小汽車
一般用小汽車
啟動快
啟動慢
質量一定時，受力越大，其加速度越大。
1.猜想一下物體加速度a與力F、質量m的定量關系是什么呢？
問題與討論：
m
F1
m
F2
F1m2
F
m1m1
F
保持m不變，
研究a 與F的關系
保持F不變，
研究a與m的關系
注意：這里的力指的是物體所受的合外力
控制變量法
2. 如何探究一個物理量與兩個(或多個)物理量之間的關系？ a 與F、m
方法1:小車做初速度為0的勻變速直線運動，利用刻度尺測量位移x，并用秒表測量時間t, 然后利用公式
定量分析：
一、 測量（或比較）物體的加速度？
定量分析：
方法2：利用打點計時器進行實驗，根據(jù)紙帶上打出的點可測量加速度
方法3：利用比值法。由運動學公式　　 可知，相同時間的位移跟加速度成正比。于是我們可以通過比較物體運動位移來判定加速度的變化情況。測出兩個初速度為零的勻加速運動在相同時間內發(fā)生的位移x1,x2，位移之比就是加速度之比
定量分析：
G1
FN
f
G
方法1：粗糙斜面上，用懸吊重物的方法為小車提供拉力, 通過改變增減重物的質量就可改變小車受到的拉力
一端墊高，用重力的分力G1將摩擦力f 平衡抵消掉
二、如何為運動的物體提供一個恒定的合力？又如何測出這個合力呢？
平衡摩擦力
方法二：光滑水平面上利用重物下落拉動小車運動，通過增減重物重量就可以改變小車所受的合力。
注意：只有當盤和砝碼的質量要比小車的質量小得多時，小車所受拉力才近似等于盤和砝碼的總重力。
實驗：小車、打點計時器、紙帶、一端帶滑輪的長木板、細線、砝碼、鉤碼、刻度尺、天平為器材，研究小車運動。
實驗步驟
1. 用天平測出小車的質量。
2. 安裝好實驗裝置，在小車上裝好紙帶，紙帶另一端穿過計時器限位孔，調整木板傾斜程度，平衡摩擦力。
3. 控制小車質量不變，用細線將鉤碼與小車相連（鉤碼質量遠小于小車質量），打開打點計時器，釋放小車，
測出一組數(shù)據(jù)。
4. 改變鉤碼質量，多測幾組數(shù)據(jù)。
5. 控制鉤碼質量不變，改變小車質量，再測幾組數(shù)據(jù)。
F/ N
a/m·s -2
0.15
0.30
0.45
0.60
0.75
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
1. 探究加速度與合力的關系
如何更直觀地處理數(shù)據(jù)？
a — F 圖象是一條過原點的傾斜直線
a ∝F
當小車質量不變時 次數(shù) F/N a/m ·s -2
1
2
3
4
5
0.10 0.146
0.20 0.302
0.30 0.428
0.40 0.592
0.50 0.751
m/ kg
a/m·s -2
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
當拉力不變時 次數(shù) m/kg a/m ·s -2
1
2
3
4
5
2.50
2.00
1.33
1.00
0.83
0.400 0.861
0.500 0.692
0.750 0.470
1.000 0.352
1.200 0.290
2. 探究加速度與質量的關系
a/m·s -2
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
在牽引力一定時， a 與m 成反比
實驗結論：
（注意：這里的力指的是物體所受的合外力）
1、m一定，加速度a與F的定量關系：
2、F一定，加速度a與m的定量關系:
1.一定要做好平衡摩擦力的工作,也就是調出一個合適的斜面,使小車的重力沿著斜面方向的分力正好平衡小車受的摩擦阻力.在平衡摩擦力時,不要把懸掛小盤的細線系在小車上,即不要給小車加任何牽引力,并要讓小車拖著打點的紙帶運動.
2.實驗步驟2、3不需要重復,即整個實驗平衡了摩擦力后,不管以后是改變小盤和砝碼的總質量還是改變小車和砝碼的總質量,都不需要重新平衡摩擦力.
注意事項
3.每條紙帶必須在滿足小車與車上所加砝碼的總質量M遠大于小盤和砝碼的總質量m的條件下打出.只有如此,小盤和砝碼的總重力才可視為小車受到的拉力.
4.改變拉力和小車質量后,每次開始時小車應盡量靠近打點計時器,并應先接通電源,再放開小車,且應在小車到達滑輪前按住小車.
5.作圖象時,要使盡可能多的點分布在所作直線上,直線外的點應盡可能對稱分布在所作直線兩側.
6.作圖時兩軸標度比例要選擇適當,各量須采用國際單位.這樣作圖線時,坐標點間距不至于過密,誤差會小些.
例1：在探究“加速度與力、質量的”關系實驗中，關于小車所受的合力，下列敘述中正確的是（ ）
A．小車所受合力就是所掛吊盤和砝碼的重力
B．小車所受合力的大小等于吊盤和砝碼通過細繩對小車的拉力。
C．只有平衡摩擦力后，小車所受合力才等于細繩對小車的拉力
D．只有平衡摩擦力后,且小車的質量遠大于吊盤與砝碼的總質量時小車所受合力可以認為等于吊盤和砝碼的重力
D
例2：某同學設計了一個探究加速度a與物體所受合力F及質量m關系的的實驗，如圖所示，圖甲為實驗裝置簡圖，交流電的頻率為50Hz
(1)圖乙為某次實驗得到的紙帶，根據(jù)紙帶可求出小車加速度大小為________m/s2(保留兩位有效數(shù)字)
3.19
某同學設計了一個探究加速度a與物體所受合力F及質量m關系的的實驗，如圖所示，圖甲為實驗裝置簡圖，交流電的頻率為50Hz
(3)保持小車質量不變，改變砂和砂桶質量，該同學根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出了加速度a隨合力F的變化圖線，如圖所示．該圖線不通過原點，請你分析其主要原因
_______________________________.
未平衡摩擦力或平衡摩擦力不充分。
1．當物體質量一定時，探究加速度與力的關系，某同學設計了如圖所示的實驗裝置。力傳感器可測出輕繩的拉力。其中m為砂和砂桶的總質量，m0為滑輪的質量，M為小車的質量。
（1）實驗時，為了減小誤差，______（填“是”或“否”）需要使m<（2）實驗時，______（填“是”或“否”）需要將帶滑輪的長木板右端墊高，以平衡摩擦力。
（3）某同學根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出了加速度a與力F的關系圖象如圖所示，圖線不過坐標原點的原因是________。
【答案】否 是 平衡摩擦力過度（斜面傾角過大）
2．某實驗小組欲探究“加速度與合力的關系”，為了更準確地測出小車所受合力的情況，該小組將實驗裝置改裝成了如圖乙所示的裝置，其具體操作步驟如下：
①按圖乙所示安裝好實驗器材，木板放在水平桌面上，其中與定滑輪及彈簧測力計相連的細線豎直；
②掛上鉤碼，接通電源后，再放開小車，打出一條紙帶，根據(jù)紙帶求出小車的加速度；
③改變鉤碼的數(shù)量，重復步驟②，求得小車在不同合力作用下的加速度。
（1）對于上述實驗，下列說法正確的是____；
A．實驗過程中應保證小車的質量不變
B．鉤碼的質量應遠小于小車的質量
C．與小車相連的細線與長木板一定要平行
D．彈簧測力計的讀數(shù)應為鉤碼重力的一半
【答案】AC
2．（2）由本實驗得到的數(shù)據(jù)做出小車的加速度a與彈簧測力計的示數(shù)F的關系圖像應為_____；
【答案】B
2．（3）如圖丙所示為某次實驗的一條紙帶，A、B、C、D、E、F為連續(xù)取出的六個計數(shù)點，打出的每5個點為一個計數(shù)點，所用電源的頻率為50Hz。由于不小心，紙帶CD間被扯斷，因此實驗小組只測出了計數(shù)點AB和EF間的距離，則由所測紙帶數(shù)據(jù)可得小車運動的加速度大小為_____m/s2，并由此可計算出CD間的距離應為____cm。（均保留兩位小數(shù)）
【答案】0.60 2.82
3．某實驗小組采用如圖甲所示的實驗裝置探究力與加速度的關系。實驗時滑塊在細線拉力的作用下沿軌道運動，滑塊受到的拉力由力傳感器讀出，位移傳感器發(fā)射部分固定在滑塊上隨滑塊運動，位移傳感器接收部分固定在軌道上，能讀出滑塊的位移隨時間的變化規(guī)律。
（1）實驗中___________（填“需要”或“不需要”）重物的質量m與滑塊的質量M滿足M>>m。
（2）如果滑塊的位移與時間的關系式為x=0.75t2，則滑塊的加速度a=___________m/s2
（3）用正確的實驗方法測得實驗數(shù)據(jù)，作出a-F圖線如圖乙所示。由圖中的a-F圖線可知滑塊受到的摩擦力大小為___________N。（后兩空均保留2位有效數(shù)字）
【答案】不需要 1.5 0.40
4．某同學用如圖所示的裝置，分別驗證“牛頓第二定律”及““機械能守恒定律”，在裝置中，氣墊導軌上滑塊的質量為M（可以添加配重片），鉤碼的質量為m，兩光電門中心的間距為L，滑塊通過兩光電門記錄的時間分別為Δt1和Δt2，當?shù)氐闹亓铀俣葹間。滑塊上固定一寬度為d的擋光片（擋光片、滑輪、細線繩的質量忽略不計），在鉤碼的牽引下，滑塊從氣墊導軌的右端開始向左加速運動。
（1）實驗中，光電門1、2記錄的擋光時間分別為Δt1和Δt2，則小車經(jīng)過光電門1時的速度為_________，小車加速度的大小為_______________。
【答案】
( - )
4．（2）為了研究在外力一定時加速度與質量的關系，可以改變________（選填“滑塊”或“鉤碼”）的質量，多次重復操作，獲得多組加速度a與質量m（或M）的數(shù)據(jù)，用這些數(shù)據(jù)繪出的圖像可能是圖中的（_____）
【答案】滑塊 B
4．（3）要用上述裝置探究系統(tǒng)在運動中的機械能關系，滑塊從光電門1運動到光電門2的過程中滿足關系式___________時（用已知量表示），系統(tǒng)機械能守恒。
（4）在上述實驗中，計算加速度時以擋光片經(jīng)過光電門時的平均速度替代了瞬時速度，采用這種方法，加速度的測量值比真實值________（填“大”或“小”）。
【答案】 大
5．如圖所示是“探究加速度a與力F、質量m關系”的實驗裝置。該實驗這樣進行：兩個相同的小車1、2并排放在木板上，前端各系一條輕繩，輕繩的另一端跨過光滑定滑輪各掛一個相同的小盤。在木板左端下面墊一小木塊來平衡摩擦力，兩個小車后面各系一條細線，用黑板擦把兩條細線同時按在木板上，使兩小車靜止。抬起黑板擦，兩個小車同時開始運動，按下黑板擦，兩個小車同時停下來，用刻度尺測量兩個小車的位移大小。下列是關于該實驗中有關問題的分析。
（1）用小盤和盤中重物的總重力大小代替拉小車的輕繩拉力大小，其條件是小盤和盤中重物的總質量______小車和車中重物的總質量；
【答案】遠小于
5．（2）在兩個相同小車中放入相同質量的重物、且一直保持不變。分別在其小盤中放入不同的重物，多次進行實驗，測得多組數(shù)據(jù)。把兩小車拉力大小之比 作為橫軸，對應的兩小車位移大小之比 作為縱軸，實驗過程中得到的圖像如圖甲所示，根據(jù)甲圖得到的結論為______；
（3）在兩個相同小盤中放入相同質量的重物、且一直保持不變。分別在其小車中放入不同的重物，多次進行實驗，測得多組數(shù)據(jù)。把兩小車質量（包括車上重物質量）之比 作為橫軸，對應的兩小車位移大小之比 作為縱軸，實驗過程中得到的圖像如圖乙所示，根據(jù)乙圖得到的結論為______。
【答案】斜率為1（或質量一定時，加速度與拉力成正比）
斜率為1（或拉力一定時，加速度與質量成反比）
6．在“探究加速度與力的關系”實驗中，某小組設計了如圖所示的實驗裝置，圖中上，下兩層前端固定有光滑定滑輪，兩相同小車前端各系一條細線，細線跨過定滑輪并掛上一個砝碼盤，盤中可放砝碼，小車Ⅱ所掛砝碼和砝碼盤的總質量是小車Ⅰ所掛砝碼和砝碼盤總質量的兩倍，將砝碼和砝碼盤的總重力作為小車所受合外力，兩小車尾部各系一條細線連到控制裝置上，實驗時通過控制裝置使兩小車同時開始運動，按下裝置兩小車立即同時停止。某次實驗時小車Ⅰ的位移為，小車Ⅱ的位移為。
(1)為了減小實驗誤差，下列說法正確的是_______。
A．實驗之前將軌道傾斜來補償阻力，補償阻力時不需要掛上砝碼盤
B．實驗之前將軌道傾斜來補償阻力，補償阻力時需要掛上砝碼盤
C．砝碼盤和砝碼的總質量應遠大于小車的質量
D．砝碼盤和砝碼的總質量應遠小于小車的質量
【答案】AD
(2)若實驗測得小車Ⅱ位移是小車Ⅰ位移的兩倍，且多次重復試驗都能得到兩車位移比等于對應砝碼和砝碼盤總質量的比，依據(jù)方程x=_______，則可得實驗結論是：在質量一定的情況下，物體的加速度與所受到的合外力成_______（填“正比”或“反比”）。
【答案】 正比

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