1、2 2 實驗：探究加速度與力、質量實驗：探究加速度與力、質量的關系的關系觀察視頻思考問題觀察視頻思考問題1.1.描繪速度變化快描繪速度變化快慢的物理量是誰慢的物理量是誰? ?2.2.兩輛車哪一個啟兩輛車哪一個啟動的快？動的快？1.1.用大小不同的力去推小車，哪一個速度變化用大小不同的力去推小車，哪一個速度變化得快？得快？2.2.用相同的力去推空車和滿載的車，哪一個速用相同的力去推空車和滿載的車，哪一個速度變化得快？度變化得快？物體的速度發生了改變，就是說物體產生了物體的速度發生了改變，就是說物體產生了加速度。加速度。加速度的大小與什么因素有關呢？加速度的大小與什么因素有關呢？【思考與交流】【思

2、考與交流】力大的力大的空車空車1.1.理解加速度大小與力有關，也與質量有關。理解加速度大小與力有關，也與質量有關。2.2.通過實驗探究加速度與力和質量的關系。通過實驗探究加速度與力和質量的關系。( (重點重點) )3.3.理解控制變量法。理解控制變量法。4.4.學會用圖像尋找規律。學會用圖像尋找規律。 物體的加速度物體的加速度a a與所受到的合外力與所受到的合外力F F、物體質量、物體質量m m有怎樣的定量關系？有怎樣的定量關系？研究方法研究方法( (控制變量法控制變量法) )保持保持m m不變，研究不變，研究a a與與F F的關系的關系; ; 保持保持F F不變，研究不變，研究a a與與m

3、m的關系。的關系。探究方案一：探究方案一：實驗裝置圖實驗裝置圖【實驗器材】【實驗器材】 小車、打點計時器、紙帶、一端帶滑輪的長木板、小車、打點計時器、紙帶、一端帶滑輪的長木板、細線、砝碼（砝碼）、小盤、刻度尺、天平細線、砝碼（砝碼）、小盤、刻度尺、天平【實驗提醒】【實驗提醒】1.1.小車質量的測量用小車質量的測量用 。2.2.打點計時器的用途是：打點計時器的用途是：打出紙帶，測量計算小車的加速度。打出紙帶，測量計算小車的加速度。天平天平結合實驗裝置，請討論：結合實驗裝置，請討論：1.1.怎樣改變和測量小車與砝碼的質量？怎樣改變和測量小車與砝碼的質量？通過增減砝碼的個數改變研究對象的質量，可以用

4、通過增減砝碼的個數改變研究對象的質量，可以用天平稱出總質量。天平稱出總質量。2.2.小車和砝碼受到的外力是由什么提供的？怎樣改小車和砝碼受到的外力是由什么提供的？怎樣改變和測量外力的大小？變和測量外力的大小？外力是由小桶和細砂的重力提供的；通過增減桶中外力是由小桶和細砂的重力提供的；通過增減桶中細砂的多少來改變質量，通過天平測出質量，利用細砂的多少來改變質量，通過天平測出質量，利用G=mgG=mg計算力的大小。計算力的大小。3.3.小車在運動時要受到摩擦力，如何克服摩擦力呢？小車在運動時要受到摩擦力，如何克服摩擦力呢？ 砝碼重力砝碼重力近似近似等于繩子拉力，用以表示小車受等于繩子拉力，用以表示

5、小車受到的合外力到的合外力F F。G GG G1 1F FN Nf fG G1 1平衡摩擦力平衡摩擦力f f。G G2 24.4.怎樣從紙帶記錄的數據算出被研究對象的加速度？怎樣從紙帶記錄的數據算出被研究對象的加速度？在紙帶上標記出幾個計數點，利用在紙帶上標記出幾個計數點，利用x=aTx=aT2 2計算加速計算加速度。為保證結果的準確性，可多選幾個計數點，采用度。為保證結果的準確性，可多選幾個計數點，采用逐差法計算加速度。逐差法計算加速度。【實驗步驟】【實驗步驟】1.1.用天平測出小車和砝碼的用天平測出小車和砝碼的總質量總質量M,M,小盤和砝碼的總質小盤和砝碼的總質量量m,m,把數值記錄下來。

6、把數值記錄下來。2.2.按如圖所示把實驗器材安按如圖所示把實驗器材安裝好裝好, ,只是不把懸掛小盤的只是不把懸掛小盤的細繩系在車上細繩系在車上, ,即不給小車即不給小車施加牽引力。施加牽引力。3.3.平衡摩擦力平衡摩擦力: :在長木板不帶定滑輪的一端下面墊在長木板不帶定滑輪的一端下面墊一塊木板。反復移動木板的位置一塊木板。反復移動木板的位置, ,直至小車在斜面直至小車在斜面上運動時可以保持勻速直線運動狀態。這時上運動時可以保持勻速直線運動狀態。這時, ,小車小車拖著紙帶運動時受到的摩擦阻力恰好與小車所受拖著紙帶運動時受到的摩擦阻力恰好與小車所受的重力在斜面方向上的分力平衡。的重力在斜面方向上的

7、分力平衡。4.4.把細繩系在小車上并繞過滑輪懸掛小盤把細繩系在小車上并繞過滑輪懸掛小盤, ,先接通先接通電源再放開小車電源再放開小車, ,打點計時器在紙帶上打下一系列打點計時器在紙帶上打下一系列的點的點, ,打完點后切斷電源打完點后切斷電源, ,取下紙帶取下紙帶, ,在紙帶上標上在紙帶上標上紙帶號碼。紙帶號碼。5.5.保持小車和砝碼的質量不變保持小車和砝碼的質量不變, ,在小盤里放入適量在小盤里放入適量的砝碼的砝碼, ,把小盤和砝碼的總質量把小盤和砝碼的總質量mm記錄下來記錄下來, ,重復重復步驟步驟4.4.在小盤內再放入適量砝碼在小盤內再放入適量砝碼, ,記錄下小盤和砝記錄下小盤和砝碼的總質

8、量碼的總質量m,m,再重復步驟再重復步驟4 4。6.6.重復步驟重復步驟5 5兩次兩次, ,得到三條紙帶。得到三條紙帶。7.7.在每條紙帶上都選取一段比較理想的部分在每條紙帶上都選取一段比較理想的部分, ,標明標明計數點計數點, ,測量計數點間的距離測量計數點間的距離, ,算出每條紙帶上的加算出每條紙帶上的加速度的值。速度的值。 8.8.用縱坐標表示加速度用縱坐標表示加速度a,a,橫坐標表示作用力橫坐標表示作用力F,F,作用作用力的大小力的大小F F等于小盤和砝碼的總重力等于小盤和砝碼的總重力, ,根據實驗結果根據實驗結果在坐標平面上畫出相應的點在坐標平面上畫出相應的點, ,如果這些點是在一條

9、如果這些點是在一條過原點的直線上過原點的直線上, ,便證明了加速度與作用力成正比。便證明了加速度與作用力成正比。9.9.保持小盤和砝碼的質量不變保持小盤和砝碼的質量不變, ,在小車上加砝碼在小車上加砝碼, ,重重復上面的實驗復上面的實驗, ,用縱坐標表示加速度用縱坐標表示加速度a,a,橫坐標表示橫坐標表示小車和砝碼總質量的倒數小車和砝碼總質量的倒數, ,根據實驗結果在坐標平根據實驗結果在坐標平面上畫出相應的點。如果這些點是在一條過原點的面上畫出相應的點。如果這些點是在一條過原點的直線上直線上, ,就證明了加速度與質量成反比。就證明了加速度與質量成反比。實驗過程賞析實驗過程賞析【注意事項【注意事

10、項】1.1.一定要做好平衡摩擦力的工作一定要做好平衡摩擦力的工作, ,也就是調出一個合也就是調出一個合適的斜面適的斜面, ,使小車的重力沿著斜面方向的分力正好平使小車的重力沿著斜面方向的分力正好平衡小車受到的摩擦阻力。在平衡摩擦力時衡小車受到的摩擦阻力。在平衡摩擦力時, ,不要把懸不要把懸掛小盤的細線系在小車上掛小盤的細線系在小車上, ,即不要給小車加任何牽引即不要給小車加任何牽引力力, ,并要讓小車拖著打點的紙帶運動。并要讓小車拖著打點的紙帶運動。2.2.實驗步驟實驗步驟2 2、3 3不需要重復不需要重復, ,即整個實驗平衡了摩擦即整個實驗平衡了摩擦力后力后, ,不管以后是改變小盤和砝碼的總

11、質量還是改變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小車和砝碼的總質量, ,都不需要重新平衡摩擦力。都不需要重新平衡摩擦力。3.3.每條紙帶必須在滿足小車與車上所加砝碼的總每條紙帶必須在滿足小車與車上所加砝碼的總質量遠大于小盤和砝碼的總質量的條件下打出質量遠大于小盤和砝碼的總質量的條件下打出. .只只有如此有如此, ,小盤和砝碼的總重力才可視為小車受到的小盤和砝碼的總重力才可視為小車受到的拉力。拉力。4.4.改變拉力和小車質量后改變拉力和小車質量后, ,每次開始時小車應盡量每次開始時小車應盡量靠近打點計時器靠近打點計時器, ,并應先接通電源并應先接通電源, ,再放開小車再放開

12、小車, ,且且應在小車到達滑輪前按住小車。應在小車到達滑輪前按住小車。5.5.作圖像時作圖像時, ,要使盡可能多的點分布在所作直線上，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。直線外的點應盡可能對稱分布在所作直線兩側。6.6.作圖時兩軸標度比例要選擇適當作圖時兩軸標度比例要選擇適當, ,各量須采用國際各量須采用國際單位。這樣作圖時單位。這樣作圖時, ,坐標點間距不至于過密坐標點間距不至于過密, ,誤差會誤差會小些。小些。實驗中為什么不做實驗中為什么不做a-ma-m的圖像呢？的圖像呢？化曲為直是物理上常用的方法之一，通過演示實驗化曲為直是物理上常用的方法之一，通

13、過演示實驗我們看到物體受到同樣的力作用時，我們看到物體受到同樣的力作用時，m m越大越大a a越小，越小，我們猜測它們最簡單的關系是成反比，也就是我們猜測它們最簡單的關系是成反比，也就是a a與與 成正比，由于驗證成正比，由于驗證a-ma-m圖像是否為雙曲線太麻圖像是否為雙曲線太麻煩，不如看煩，不如看 是否為過原點的直線簡單直觀，是否為過原點的直線簡單直觀，所以不做所以不做a-ma-m圖像。圖像。【科學方法】【科學方法】1ma1m實驗方案二：對比法實驗方案二：對比法實驗器材：實驗器材：小車、一端帶滑輪的長木板、粗線、砝小車、一端帶滑輪的長木板、粗線、砝碼、小盤、天平、刻度尺、寬口夾子。碼、小盤

14、、天平、刻度尺、寬口夾子。實驗原理實驗原理: :在實驗中，我們可以根據兩個小車的運動時間相同，在實驗中，我們可以根據兩個小車的運動時間相同，結合運動學公式結合運動學公式, , 得到加速度的比值等于運得到加速度的比值等于運動位移的比值，在實驗中我們就可以不必求出加速度動位移的比值，在實驗中我們就可以不必求出加速度而是直接求位移的比就可以表示加速度的比值關系，而是直接求位移的比就可以表示加速度的比值關系，從而使實驗數據的處理變得簡單、直觀。從而使實驗數據的處理變得簡單、直觀。21xat20 0實驗數據處理實驗數據處理 1.1.加速度與力的關系（保持小車質量不變）加速度與力的關系（保持小車質量不變）

15、次數次數1 12 23 34 412FFxaxa112212xx12FF次次數數1 12 23 34 40 02.2.加速度與質量的關系（保持拉力不變）加速度與質量的關系（保持拉力不變）12MM21MMxaxa112212xx21MM探究實驗結論：探究實驗結論：物體的加速度和物體所受到的合外力有什么關系？物體的加速度和物體所受到的合外力有什么關系？和自身的質量有什么關系？和自身的質量有什么關系？【典例【典例1 1】實驗后根據實驗數據作出了】實驗后根據實驗數據作出了a-Fa-F關系圖線關系圖線如圖甲、乙所示，請分析其原因各是什么？如圖甲、乙所示，請分析其原因各是什么？甲甲乙乙沒加拉力就產生了加速

16、度，沒加拉力就產生了加速度，說明導軌有定滑輪的一端低，說明導軌有定滑輪的一端低，另一端高，導軌與水平面的另一端高，導軌與水平面的夾角太大。夾角太大。當加一定的拉力后，還沒產生當加一定的拉力后，還沒產生加速度，說明有較大的摩擦力加速度，說明有較大的摩擦力影響，說明還沒有平衡摩擦力影響，說明還沒有平衡摩擦力或是平衡摩擦力不足。或是平衡摩擦力不足。【典例【典例2 2】物理小組在一次探究活動中測量滑塊與木板】物理小組在一次探究活動中測量滑塊與木板之間的動摩擦因數。實驗裝置如圖所示之間的動摩擦因數。實驗裝置如圖所示, ,一表面粗糙的一表面粗糙的木板固定在水平桌面上木板固定在水平桌面上, ,一端裝有定滑輪

17、一端裝有定滑輪; ;木板上有一木板上有一滑塊滑塊, ,其一端與電磁打點計時器的紙帶相連其一端與電磁打點計時器的紙帶相連, ,另一端通另一端通過跨過定滑輪的細線與托盤連接。打點計時器使用的過跨過定滑輪的細線與托盤連接。打點計時器使用的交流電源的頻率為交流電源的頻率為50 Hz50 Hz。開始實驗時。開始實驗時, ,在托盤中放入在托盤中放入適量砝碼適量砝碼, ,滑塊開始做勻加速運動滑塊開始做勻加速運動, ,在紙帶上打出一系在紙帶上打出一系列小點。列小點。(1)(1)下圖給出的是實驗中獲取的一條紙帶的一部分下圖給出的是實驗中獲取的一條紙帶的一部分,0,0、1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、6

18、6、7 7是計數點是計數點, ,每相鄰兩計數點間還每相鄰兩計數點間還有有4 4個打點個打點( (圖中未標出圖中未標出),),計數點間的距離如圖所示。計數點間的距離如圖所示。根據圖中數據計算的加速度根據圖中數據計算的加速度a=_a=_。( (保留三位有保留三位有效數字效數字) )(2)(2)回答下列兩個問題回答下列兩個問題: :為測量動摩擦因數為測量動摩擦因數, ,下列物理量中還應測量的有下列物理量中還應測量的有_ (_ (選填入所選物理量前的字母選填入所選物理量前的字母) )A.A.木板的長度木板的長度L B.L B.木板的質量木板的質量m m1 1 C. C.滑塊的質量滑塊的質量m m2 2

19、D.D.托盤和砝碼的總質量托盤和砝碼的總質量m m3 3 E. E.滑塊運動的時間滑塊運動的時間t t測量測量中所選定的物理量時需要的實驗器材是中所選定的物理量時需要的實驗器材是_。(3)(3)滑塊與木板間的動摩擦因數滑塊與木板間的動摩擦因數=_(=_(用被測物理用被測物理量的字母表示量的字母表示, ,重力加速度為重力加速度為g)g)。與真實值相比。與真實值相比, ,測量測量的動摩擦因數的動摩擦因數_(_(選填選填“偏大偏大”或或“偏小偏小”) )。寫。寫出支持你的看法的一個論據出支持你的看法的一個論據:_:_。解析解析: :(1)a= 0.497 m/s(1)a= 0.497 m/s2 2(

20、2)(2)要測動摩擦因數要測動摩擦因數, ,就要測出滑塊受到的拉力就要測出滑塊受到的拉力和滑塊質量和滑塊質量; ;測質量就需要天平。測質量就需要天平。(3)(3)根據牛頓第二定律根據牛頓第二定律m m3 3g-mg-m2 2g=(mg=(m2 2+m+m3 3)a)a得得=這樣測出的動摩擦因數比真實值偏大這樣測出的動摩擦因數比真實值偏大, ,因為紙帶因為紙帶和打點計時器間還有摩擦和打點計時器間還有摩擦, ,計算時忽略掉計算時忽略掉, ,導致結導致結果偏大。果偏大。7654322(xxx )(xxx )9T3232m g(mm )am g0a aF0a amm m1 11.1.實驗方法：控制變量

21、法實驗方法：控制變量法2.2.圖像法處理實驗數據技巧圖像法處理實驗數據技巧1.1.在在“探究加速度與力、質量的關系探究加速度與力、質量的關系”的實驗中，關的實驗中，關于平衡摩擦力的說法中正確的是于平衡摩擦力的說法中正確的是( )( )A.“A.“平衡摩擦力平衡摩擦力”的本質就是讓小車受到的摩擦力為零的本質就是讓小車受到的摩擦力為零B.“B.“平衡摩擦力平衡摩擦力”的本質就是使小車所受的重力沿斜面的本質就是使小車所受的重力沿斜面方向的分力與所受到的摩擦阻力相平衡方向的分力與所受到的摩擦阻力相平衡C.“C.“平衡摩擦力平衡摩擦力”的目的就是要使小車所受的合力等于的目的就是要使小車所受的合力等于所掛

22、砝碼通過細繩和滑輪對小車施加的拉力所掛砝碼通過細繩和滑輪對小車施加的拉力D.“D.“平衡摩擦力平衡摩擦力”是否成功，可根據小車拖動的由打點是否成功，可根據小車拖動的由打點計時器打出的紙帶上的點跡間距是否均勻來確定計時器打出的紙帶上的點跡間距是否均勻來確定BCDBCD2.2.在在“探究加速度與力、質量的關系探究加速度與力、質量的關系”的實驗中備的實驗中備有下列器材：有下列器材：A.A.打點計時器打點計時器;B.;B.天平天平;C.;C.秒表秒表;D.;D.低壓交流電源低壓交流電源;E.;E.電池電池;F.;F.紙帶紙帶;G.;G.細繩、砝碼、小車、小盤；細繩、砝碼、小車、小盤；H.H.薄木薄木板板;I.;I.裝有細砂的小桶裝有細砂的小桶其中多余的器材是其中多余的器材是_；缺少的器材是缺少的器材是_。【解析】【解析】多余的器材是秒表、電池；缺少的是刻度多余的器材是秒表、電池；缺少的是刻度尺、一端帶滑輪的長木板。尺、一端帶滑輪的長木板。答案：答案：C C、E E 刻度尺、一端帶滑輪的長木板刻度尺、一端帶滑輪的長木板3.3.如圖所示是根據探究加速度與力的關系的實驗如圖所示是根據探究加速度與力的關系的實驗數據描繪的數據描繪的a-Fa-F圖像圖像, ,下列說法正確的是下列說法正確的是( )( )A.A.三條傾斜直線所對應的小車與三條傾斜直線所對應的小車與砝碼的質量