人教版（2003）高中物理必修一第四章牛顿运动定律—— 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、质量的关系动力学的奠基者英国科学家牛顿(1643-1727) 感受实例加速度a与质量m有关F1赛车从0加速到时速100公里只需2.3秒质量是惯性大小的量度 力是产生加速度的原因感受实例加速度a与力F有关 1.理解加速度大小与力有关，也与质量有关。2.通过实验探究加速度与力和质量的关系。(重点)3.理解控制变量法。4.学会用图像寻找规律。 m一定，a∝F；F一定，a∝1/m。猜想与假设实验验证思考：如何设计实验?事实是不是这样呢？2022/1/135 控制变量法“a”与“F”、“m”二个物理量均有关系应该从何处入手呢？实验的探究思路确定为两个方面：一是保证质量不变，探究加速度与外力的关系；二是保证外力不变，探究加速度与质量的关系。一、研究方法实验探究 明确几个问题:2.如何由实验得出结论?1.怎么设计这个实验?1.测量哪些量?2.怎么测量?数据处理：m不变时，a与F关系；F不变时，a与m关系。a、F、mm：a:F:天平求出物体所受的合力2022/1/137 如何测量加速度a:1.直接测量2.间接比较构建一匀变速直线运动打点计时器光电门+气垫导轨对应仪器控制运动时间t相同a与x成正比,用x比较a的大小2022/1/138v＝v0+at 方案一：小车、打点计时器、纸带、长木板、细线、砝码、钩码、刻度尺、天平，研究小车运动。从打点计时器打出的纸带计算出小车的加速度a。砝码小车打点计时器纸带实验方案 实验原理:用打点计时器探究小车:打点计时器:测量小车运动过程中的加速度钩码:重力提供拉力研究对象,可用天平称其质量合力F=?GFNFf10 3.小车在运动时要受到摩擦力，如何克服摩擦力呢？砝码重力近似等于绳子拉力，用以表示小车受到的合外力F。GG1FNfG1平衡摩擦力f。G2 实验步骤:1.用天平测出小车的质量。2.安装好实验装置，在小车上装好纸带，纸带另一端穿过计时器限位孔，调整木板倾斜程度，平衡摩擦力。3.控制小车质量不变，用细线将钩码与小车相连（钩码质量远小于小车质量），打开打点计时器，释放小车，测出一组数据。4.改变钩码质量，多测几组数据。5.控制钩码质量不变，改变小车质量，再测几组数据。2022/1/1312 结合实验装置，请讨论：1.怎样改变和测量小车与砝码的质量？通过增减砝码的个数改变研究对象的质量，可以用天平称出总质量。2.小车和砝码受到的外力是由什么提供的？怎样改变和测量外力的大小？外力是由钩码:重力提供的；通过增减钩码的多少来改变质量，通过天平测出质量，利用G=mg计算力的大小。 4.怎样从纸带记录的数据算出被研究对象的加速度？在纸带上标记出几个计数点，利用△x=aT2计算加速度。为保证结果的准确性，可多选几个计数点，采用逐差法计算加速度。 保持物体（小车）质量一定实验次数F/Na/120.41.230.51.540.61.8650.82.4探究加速度与力的关系实验结论：当物体质量一定时，加速度与力成正比。 m/kga/m·s-20.20.40.60.81.000.20.40.60.81.01.2a/m·s-20.20.40.60.81.000.51.01.52.02.5/kg-1m1当拉力不变时次数m/kga/m·s-212345/kg-12.502.001.331.000.83m10.4000.8610.5000.6920.7500.4701.0000.3521.2000.290 实验结论：m一定时，a∝FF一定时，a∝1/m2022/1/1317 【注意事项】1.一定要做好平衡摩擦力的工作,也就是调出一个合适的斜面,使小车的重力沿着斜面方向的分力正好平衡小车受到的摩擦阻力。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。2.实验步骤2、3不需要重复,即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。 3.每条纸带必须在满足小车与车上所加砝码的总质量远大于小盘和砝码的总质量的条件下打出.只有如此,小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力。 实验方案二：对比法实验器材：小车、一端带滑轮的长木板、粗线、砝码、小盘、天平、刻度尺、宽口夹子。 0实验数据处理1.加速度与力的关系（保持小车质量不变）次数1234 次数123402.加速度与质量的关系（保持拉力不变） 方案三：利用气垫导道该方案仪器精密，是很好的方案，测量结果精确，但中学一般没有这种仪器。 图1:气垫导轨装置 光电门1光电门2挡光板△xXt利用气垫导轨来探究加速度与力、质量的关系 1.在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，关于平衡摩擦力的说法中正确的是()A.“平衡摩擦力”的本质就是让小车受到的摩擦力为零B.“平衡摩擦力”的本质就是使小车所受的重力沿斜面方向的分力与所受到的摩擦阻力相平衡C.“平衡摩擦力”的目的就是要使小车所受的合力等于所挂砝码通过细绳和滑轮对小车施加的拉力D.“平衡摩擦力”是否成功，可根据小车拖动的由打点计时器打出的纸带上的点迹间距是否均匀来确定BCD 2.如图所示是根据探究加速度与力的关系的实验数据描绘的a-F图像,下列说法正确的是()A.三条倾斜直线所对应的小车与砝码的质量相同B.三条倾斜直线所对应的小车与砝码的质量不同C.直线1所对应的小车与砝码的质量最大D.直线3所对应的小车与砝码的质量最大BD