1、首首 頁頁上一頁上一頁下一頁下一頁末末 頁頁第四章牛頓運動定律第四章牛頓運動定律實驗：探究加速度與力、質量的關系實驗：探究加速度與力、質量的關系1了解如何描述物體的運動狀態，明確物體運動狀態的改變必有加速度2掌握一種科學的研究方法控制變量法3理解加速度和力、質量的關系，并知道得出這個關系的實驗思想和實驗方法首首 頁頁上一頁上一頁下一頁下一頁末末 頁頁第四章牛頓運動定律第四章牛頓運動定律首首 頁頁上一頁上一頁下一頁下一頁末末 頁頁第四章牛頓運動定律第四章牛頓運動定律1實驗原理(1)采用控制變量法當研究對象有兩個以上的參量發生牽連變化時，我們設法控制某些參量使之不變，而研究其中兩個參量之間的變化關

2、系的方法，是物理實驗中經常采取的一種方法本實驗有F、m、a三個參量，研究加速度a與F及m的關系時，我們應先控制一個參量不變，研究另外兩個參量之間的關系在該實驗中要求先控制小車的質量m不變，改變小車所受的拉力F，討論a與F的關系；再控制小車所受的拉力F不變，改變小車的質量m，討論a與m的關系首首 頁頁上一頁上一頁下一頁下一頁末末 頁頁第四章牛頓運動定律第四章牛頓運動定律(2)要測量的物理量小車與其上砝碼的總質量M用天平測出小車受的拉力F用天平測出小盤和盤內砝碼的總質量m，由Fmg算出小車的加速度a通過打點計時器打出的紙帶測算出首首 頁頁上一頁上一頁下一頁下一頁末末 頁頁第四章牛頓運動定律第四章牛

3、頓運動定律2實驗器材打點計時器、紙帶及復寫紙、小車、一端附有定滑輪的長木板、小盤和砝碼、細繩、低壓交流電源、天平(帶有一套砝碼)、刻度尺一、探究加速度與力、質量的關系1用天平測出小車和重物的質量分別為M0、m0，并把數值記錄下來2按下圖將實驗器材安裝好(小車上不系繩)首首 頁頁上一頁上一頁下一頁下一頁末末 頁頁第四章牛頓運動定律第四章牛頓運動定律3平衡摩擦力，把木板無滑輪的一端下面墊一薄木板，反復移動其位置，直到打點計時器正常工作后不掛重物的小車在斜面上做勻速直線運動為止(紙帶上相鄰點間距相等)首首 頁頁上一頁上一頁下一頁下一頁末末 頁頁第四章牛頓運動定律第四章牛頓運動定律4將重物通過細繩系在

4、小車上，接通電源放開小車，用紙帶記錄小車的運動情況；取下紙帶并在紙帶上標上號碼及此時所掛重物的重力m0g.(即小車受到的合力F)5保持小車的質量不變，改變所掛重物的重力，重復步驟4，多做幾次實驗，每次小車從同一位置釋放，并記錄好相應紙帶及重物的重力m1g、m2g、(填入表格)6保持小車所受合外力不變，在小車上加放砝碼，并測出小車與所放砝碼的總質量M1，接通電源，放開小車用紙帶記錄小車的運動情況，取下紙帶并在紙帶上標上號碼7繼續在小車上加放砝碼，重復步驟6，多做幾次實驗，在每次得到的紙帶上標上號碼(記錄的數據填入表格)首首 頁頁上一頁上一頁下一頁下一頁末末 頁頁第四章牛頓運動定律第四章牛頓運動定

5、律8數據處理(1)物體的質量一定，加速度與受力的關系(表一)實驗序號加速度a/ms2小車受力F/N123首首 頁頁上一頁上一頁下一頁下一頁末末 頁頁第四章牛頓運動定律第四章牛頓運動定律實驗數據分析：根據記錄的數據，作出a-F圖象，即在圖中描點、連線通過連線可知，在誤差允許的范圍內，所描繪各點大致分布在同一條過坐標原點的直線上(2)物體的受力一定，加速度與質量的關系(表二)首首 頁頁上一頁上一頁下一頁下一頁末末 頁頁第四章牛頓運動定律第四章牛頓運動定律實驗序號加速度a/ms2小車質量m/kg123實驗數據分析：根據記錄的數據作出力F不變時，am和a圖象，在坐標紙上描點、連線，am圖象如圖甲所示，

6、則由圖可知當F不變時，m越大，a越小，有可能成反比，由此可知am圖象不易反映出相應規律，若a與m成反比，則a與成正比，故作出F不變時的a的關系圖象，如圖乙所示首首 頁頁上一頁上一頁下一頁下一頁末末 頁頁第四章牛頓運動定律第四章牛頓運動定律9實驗結論(1)保持物體質量不變時，物體的加速度a與所受力F成正比(2)在力F不變時，物體的加速度a與質量m成反比.首首 頁頁上一頁上一頁下一頁下一頁末末 頁頁第四章牛頓運動定律第四章牛頓運動定律【誤差分析】1在實驗中，我們認為鉤碼的重力就等于小車所受的合力但這是有誤差的，只有在小車質量比較大，鉤碼重力比較小，且板合理傾斜的情況下，實驗結果才比較理想2在長度測

7、量過程中也存在偶然誤差，可多次測量取平均值3利用描點作圖象使測出的點盡量對稱分布于直線兩側，離直線較遠的點看做是錯誤的數據，可舍去不予考慮首首 頁頁上一頁上一頁下一頁下一頁末末 頁頁第四章牛頓運動定律第四章牛頓運動定律【注意事項】1平衡摩擦力時不要掛重物，整個實驗平衡了摩擦力后，不管以后是改變盤和砝碼的質量還是改變小車及砝碼的質量，都不需要重新平衡摩擦力2實驗中必須滿足小車和砝碼的總質量遠大于小盤和砝碼的總質量只有如此，砝碼和小盤的總重力才可視為與小車受到的拉力相等3各紙帶上的加速度a，都應是該紙帶上的平均加速度4作圖象時，要使盡可能多的點在所作直線上，不在直線上的點應盡可能對稱分布在所作直線

8、兩側離直線較遠的點是錯誤數據，可舍去不予考慮5小車應靠近打點計時器且先接通電源再放手首首 頁頁上一頁上一頁下一頁下一頁末末 頁頁第四章牛頓運動定律第四章牛頓運動定律.若測得某一物體M一定時，a與F的關系的有關數據如下表所示.a/ms21.984.065.958.12F/N1.002.003.004.00首首 頁頁上一頁上一頁下一頁下一頁末末 頁頁第四章牛頓運動定律第四章牛頓運動定律(1)根據表中數據，畫出aF圖象(2)從圖象可以判定：當M一定時，a與F的關系是什么？【解析解析】若a與F成正比，則圖線是一條過原點的直線同時因實驗中不可避免地出現誤差，研究誤差產生的原因，從而減小誤差增大實驗的準確

9、性，則在誤差允許的范圍內圖線是一條過原點的直線即可連線時應使直線過盡可能多的點，不在直線上的點應大致對稱分布在直線兩側，離直線較遠的點應視為錯誤數據，不予考慮【答案答案】(1)aF圖象如下圖所示首首 頁頁上一頁上一頁下一頁下一頁末末 頁頁第四章牛頓運動定律第四章牛頓運動定律(2)由圖象可知a與F成正比關系2若測得某一物體受力F一定時，a與m的關系數據如下表所示.首首 頁頁上一頁上一頁下一頁下一頁末末 頁頁第四章牛頓運動定律第四章牛頓運動定律a/ms22.042.663.233.98m/kg2.001.501.251.00首首 頁頁上一頁上一頁下一頁下一頁末末 頁頁第四章牛頓運動定律第四章牛頓運

10、動定律(2)反比關系二、實驗方案的探究1測量加速度的方案采用較多的方案是使用打點計時器，在運動物體上安裝一條連接打點計時器的紙帶，根據紙帶上首首 頁頁上一頁上一頁下一頁下一頁末末 頁頁第四章牛頓運動定律第四章牛頓運動定律打出的點來測量加速度前面所述的實驗方案，就是利用這種方法求取加速度的它是根據在勻變速直線運動中，連續相等的時間T內的位移之差saT2求出加速度條件允許也可以采用氣墊導軌和光電門測加速度，也可利用傳感器和計算機首首 頁頁上一頁上一頁下一頁下一頁末末 頁頁第四章牛頓運動定律第四章牛頓運動定律如果物體做初速度為零的勻加速直線運動，那么，測量物體加速度最直接的辦法就是用刻度尺測量位移并

11、用秒表測量時間，然后由a 算出其實，在本節的實驗中也可以不測加速度的具體數值，這是因為我們探究的是加速度與其他量之間的比例關系因此，測量不同情況下(即不同受力時、不同質量時)物體加速度的比值就可以了由于a，如果測出兩個初速度為零的勻加速運動在相同時間內發生的位移x1、x2，位移之比等于加速度之比，即.參考案例(一)首首 頁頁上一頁上一頁下一頁下一頁末末 頁頁第四章牛頓運動定律第四章牛頓運動定律兩小車后端各系一條細繩，一起被一個夾子夾著而使小車靜止(如右圖)打開夾子，兩小車同時開始運動；合上夾子，兩小車同時停下來用刻度尺測出兩小車通過的位移，位移之比就等于它們的加速度之比2測量物體所受外力的方案

12、由于我們上述測量加速度的方案只能適用于勻變速直線運動，所以我們必須給物體提供一個恒定的外力，并且要測量這個外力上述參考案例提供的外力比較容易測量參考案例(二)首首 頁頁上一頁上一頁下一頁下一頁末末 頁頁第四章牛頓運動定律第四章牛頓運動定律兩個相同的小車放在光滑水平板上，前端各系一條細繩，繩的另一端跨過定滑輪各掛一個小盤，小盤中可放砝碼(如圖)實驗時，小盤和砝碼牽引小車，使小車做勻加速運動的力與小盤和砝碼的重力相等(這兩個力只是近似相等，條件是小盤和砝碼的質量比小車的質量小很多通過以后的學習我們將會證明這一點)因此，增減小盤中的砝碼就可以改變小車受到的合力對于粗糙的平板，需進行平衡摩擦力的操作首

13、首 頁頁上一頁上一頁下一頁下一頁末末 頁頁第四章牛頓運動定律第四章牛頓運動定律如右圖所示，在研究牛頓第二定律的演示實驗中，若1、2兩個相同的小車所受拉力分別為F1、F2，車中所放砝碼的質量分別為m1、m2，打開夾子后經過相同的時間兩車的位移分別為x1、x2，則在實驗誤差允許的范圍內，有()首首 頁頁上一頁上一頁下一頁下一頁末末 頁頁第四章牛頓運動定律第四章牛頓運動定律A當m1m2、F12F2時，x12x2B當m1m2、F12F2時，x22x1C當F1F2、m12m2時，x12x2D當F1F2、m12m2時，x22x1【解析解析】題中m1和m2是車中砝碼的質量，不能認為是小車的質量本題中只說明了

14、兩小車是相同的，并未告訴小車的質量是多少當m1m2時，兩車加砝碼總質量仍相等，若F12F2，則a12a2，由xat2得x12x2，A對當F1F2時，若m12m2時，無法確定兩車加砝碼后的總質量關系，兩小車的加速度關系也就不明確，故無法判定兩車的位移關系【答案答案】A首首 頁頁上一頁上一頁下一頁下一頁末末 頁頁第四章牛頓運動定律第四章牛頓運動定律用如下圖所示的裝置研究在作用力F一定時，小車的加速度a與小車質量M的關系，某位同學設計的實驗步驟如下：首首 頁頁上一頁上一頁下一頁下一頁末末 頁頁第四章牛頓運動定律第四章牛頓運動定律A用天平稱出小車和小桶及內部所裝砂子的質量B按圖裝好實驗器材C把輕繩系在

15、小車上并繞過定滑輪懸掛砂桶D將電磁打點計時器接在6 V電壓的蓄電池上，接通電源，放開小車，打點計時器在紙帶上打下一系列點，并在紙帶上標明小車質量E保持小桶及其中砂子的質量不變，增加小車上的砝碼個數，并記錄每次增加后的M值，重復上述實驗F分析每條紙帶，測量并計算出加速度的值G作aM關系圖象，并由圖象確定aM關系首首 頁頁上一頁上一頁下一頁下一頁末末 頁頁第四章牛頓運動定律第四章牛頓運動定律(1)該同學漏掉的重要實驗步驟是_，該步驟應排在_步實驗之后(2)在上述步驟中，有錯誤的是_，應把_改為_(3)在上述步驟中，處理不恰當的是_，應把_改為_首首 頁頁上一頁上一頁下一頁下一頁末末 頁頁第四章牛頓

16、運動定律第四章牛頓運動定律【解析解析】實驗中把小桶及其中砂子的重力看做與小車所受拉力大小相等，沒有考慮摩擦力，故必須平衡摩擦力電磁打點計時器接在6 V電壓的蓄電池上將無法工作，必須接在6 V以下交流電壓的學生電源上作aM關系圖象，得到的是首首 頁頁上一頁上一頁下一頁下一頁末末 頁頁第四章牛頓運動定律第四章牛頓運動定律雙曲線，很難作出正確的判斷，必須“化曲為直”，改作a關系圖象【答案答案】(1)該同學漏掉的重要實驗步驟是平衡摩擦力，該步驟應排在按圖裝好實驗器材即B步實驗之后(2)在上述步驟中，有錯誤的是步驟D，應把6 V電壓的蓄電池改為6 V以下交流電壓的學生電源(3)在上述步驟中，處理不恰當的

17、是步驟G，應把aM改為a首首 頁頁上一頁上一頁下一頁下一頁末末 頁頁第四章牛頓運動定律第四章牛頓運動定律在探究加速度和力的關系時，我們使用了兩個完全相同的小車，水平拉小車的繩的另外一端分別掛有不同數目的鉤碼，設鉤碼的數目與對小車的拉力成正比，且操作符合實驗要求試根據下表中記錄的信息(表中小車位移單位為m)，得出加速度和力的關系.首首 頁頁上一頁上一頁下一頁下一頁末末 頁頁第四章牛頓運動定律第四章牛頓運動定律實驗次數第一次第二次第三次項目鉤碼數目位移x鉤碼數目位移x鉤碼數目位移x小車110.1110.1120.23小車220.2330.3430.35【解析解析】由于兩小車的運動可近似看成是初速度

18、為零的勻加速運動，兩個小車運動的時間t相同，由位移公式xat2可知，加速度和位移成正比關系，也就是說，要知道加速度和力的關系首首 頁頁上一頁上一頁下一頁下一頁末末 頁頁第四章牛頓運動定律第四章牛頓運動定律怎樣，只需得出位移和力的關系由第一組數據可以知道，拉力之比為1 2，在誤差允許的范圍內，位移之比為，近似為1 2.同樣分析另外兩組數據，會得出同樣的結論，即拉力和位移成正比，也就是說加速度和力成正比關系【答案答案】加速度和力成正比首首 頁頁上一頁上一頁下一頁下一頁末末 頁頁第四章牛頓運動定律第四章牛頓運動定律某實驗小組的幾名同學在探究加速度與物體的質量以及外力關系的實驗中，當物體的質量一定時，分別根據實驗數據畫出了不同的實驗圖象，如下圖所示，下列說法中正確的是()