第4章第2節(jié)實驗探究加速度與力、質量的關系目前一頁\總數(shù)三十四頁\編于二十點一、實驗目的1.探究加速度與力的定量關系。2.探究加速度與質量的定量關系。目前二頁\總數(shù)三十四頁\編于二十點二、實驗原理采用控制變量法1.當質量一定時，研究加速度與合外力的關系a∝F合。2.當力一定時，研究加速度與質量的關系a∝1/m。目前三頁\總數(shù)三十四頁\編于二十點mF1mF2F1<F2m2Fm1<m2m1F結論：當物體質量一定時，物體的加速度隨著力的增大而增大。結論：當力的大小一定時，物體的加速度隨著質量的增大而減小。注意：這里的力指的是物體所受的合外力控制變量法目前四頁\總數(shù)三十四頁\編于二十點先要明確幾個問題2.如何由實驗得出結論?1.怎么設計這個實驗?測量哪些量?怎么測量?

a、F、m求出物體所受的合力m：a:F:天平？數(shù)據(jù)處理m不變時，a與

F關系F

不變時，a與m

關系目前五頁\總數(shù)三十四頁\編于二十點鉤碼紙帶打點計時器小車小車:打點計時器:測量小車運動過程中的加速度鉤碼：重力提供拉力研究對象，可用天平稱其質量合力F=?GFNFf★測加速度法實驗裝置目前六頁\總數(shù)三十四頁\編于二十點1.合外力在什么時候等于線的拉力？2.線的拉力在什么時候等于鉤碼的重力？平衡摩擦力：將長木板平放在實驗桌上，在長木板的不帶定滑輪的一端下面墊上一塊薄木板，反復移動薄木板的位置，直至小車在斜面上運動時以保持勻速運動狀態(tài)，這時小車受到的摩擦力(包括小車所受摩擦力和打點計時器對小車之后所拖紙帶的摩擦力)恰好與小車所受的重力在斜面方向上的分力平衡。理論計算表明：在鉤碼質量遠小于小車質量時，線的拉力近似等于鉤碼的重力。目前七頁\總數(shù)三十四頁\編于二十點砝碼，一端有定滑輪的長木板，細線，紙帶，導線，夾子，小盤，天平，小車，打點計時器，交流電源，復寫紙，刻度尺。三、實驗器材目前八頁\總數(shù)三十四頁\編于二十點 1．用天平測出小車和重物的質量，并把數(shù)值記錄下來。 2．按圖所示將實驗器材安裝好(小車上不系繩)。四、實驗步驟目前九頁\總數(shù)三十四頁\編于二十點 3．平衡摩擦力：在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)。 4．將重物通過細繩系在小車上，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。 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，并記錄好重物的重力，以及計算出相應紙帶的加速度填入表格1。實驗步驟目前十頁\總數(shù)三十四頁\編于二十點實驗步驟目前十一頁\總數(shù)三十四頁\編于二十點實驗步驟目前十二頁\總數(shù)三十四頁\編于二十點五、數(shù)據(jù)處理目前十三頁\總數(shù)三十四頁\編于二十點數(shù)據(jù)處理目前十四頁\總數(shù)三十四頁\編于二十點F/Na/m·s-20.150.300.450.600.7500.10.20.30.40.50.100.1460.200.3020.300.4280.400.5920.500.7511.探究加速度與合力的關系如何更直觀地處理數(shù)據(jù)？目前十五頁\總數(shù)三十四頁\編于二十點m/kga/m·s-20.20.40.60.81.000.20.40.60.81.01.20.4000.8610.5000.6920.7500.4701.0000.3521.2000.2902.探究加速度與質量的關系1/m(kg-1)a/m·s-20.20.40.60.81.000.51.01.52.02.5目前十六頁\總數(shù)三十四頁\編于二十點（三）實驗結論m一定時，a∝FF一定時，a∝1/mF/Na/m·s-20.150.300.450.600.7500.10.20.30.40.51/m(kg-1)a/m·s-20.20.40.60.81.000.51.01.52.02.5目前十七頁\總數(shù)三十四頁\編于二十點 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，且木板合理傾斜的情況下，實驗結果才比較理想． 2．在長度測量過程中也存在偶然誤差，可多次測量取平均值． 3．利用描點作圖時使盡量多的點在直線上，不能在直線上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(shù)據(jù)，可舍去不予考慮．

六、誤差分析目前十八頁\總數(shù)三十四頁\編于二十點 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。七、注意事項目前十九頁\總數(shù)三十四頁\編于二十點 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兩側。離直線較遠的點是錯誤數(shù)據(jù)，可舍去不予考慮。 5．釋放時小車應靠近打點計時器且先接通電源再放開小車。七、注意事項目前二十頁\總數(shù)三十四頁\編于二十點保持力不變設計對比實驗保持小車質量不變另一個方案目前二十一頁\總數(shù)三十四頁\編于二十點（一）實驗方案原理x1x2F1F2在相同的時間內(nèi)，兩小車移動的距離分別為:a1/

a2=x1/x2測量出x1、x21.控制m

不變，探究a

與F

的關系。2.同理，控制F

相同，探究a與m的關系。目前二十二頁\總數(shù)三十四頁\編于二十點保持物體的質量不變，測量物體在不同的力作用下的加速度，分析加速度與力的關系位移x1/cm位移x2/cm(M′+m2)

(表示F2大小)盤中砝碼m23000105020304060盤中砝碼m1(M′+m1)

(表示F1大小)70目前二十三頁\總數(shù)三十四頁\編于二十點F2/F1x2/x1Ox2x1F2F1結論：m一定時，a∝FaFa1a2目前二十四頁\總數(shù)三十四頁\編于二十點為什么x2/x1可以表示小車2的加速度a

?為什么F2/F1可以表示小車2所受的拉力F

?目前二十五頁\總數(shù)三十四頁\編于二十點保持物體所受的力相同，測量不同質量的物體在該力作用下的加速度，分析加速度與質量的關系位移x1/cm位移x2/cmM+m2

車上砝碼m230065010050150200250車上砝碼m1M+m1300小車1質量M1小車2質量M2目前二十六頁\總數(shù)三十四頁\編于二十點x2/x1OM2/M1x2x1M2M1M1/M2M1M2a1a2x2/x1Om1a結論：

F一定時，a∝1/m目前二十七頁\總數(shù)三十四頁\編于二十點為什么x2/x1

可以表示小車2的加速度a

?為什么M2/M1可以表示小車2的質量m?為什么M1/M2又表示小車2的1/m?目前二十八頁\總數(shù)三十四頁\編于二十點（二）誤差分析1．小車質量m

應比重物的質量m′大得多，其原理將在后面的牛頓運動定律的應用中專門討論。二者差距越小，圖象線性越差。2．夾口的密合性能，是造成誤差的原因之一。由于小車的質量和速度較大，夾子不易夾住小車的后拖線；有些時候夾子夾住一根拖線，而另一根未被夾住，對應小車仍向前運動，這些都是造成位移誤差的原因。3．小車運動停止時不能與定滑輪相碰。如果小車碰到定滑輪才松手讓夾子夾住拖線，則與定滑輪相碰的小車位移偏小，產(chǎn)生誤差。目前二十九頁