42实验探究加速度与力质量的关系

复习回顾1.速度是描述物体运动状态的物理量；加速度是描述物体运动状态变化快慢的物理量。3.加速度的大小与物体受力大小有关。加速度的大小与物体的质量大小有关。2.牛顿第一定律：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。即力是产生加速度的原因。第四章牛顿运动定律（1）知识与技能理解物体运动状态变化的快慢,即加速度大小与力有关，与质量也有关。通过实验探究加速度与力和质量的定量关系。培养学生动手操作能力。教学目标（2）过程与方法指导学生半定量地探究加速度与力和质量的关系，知道用控制变量法进行实验。引导学生自己设计实验，并根据设计进行实验。对实验数据进行处理，并能根据数据结果得出结论。（3）情感态度与价值观通过实验，培养实事求是、尊重客观规律的科学态度。通过探究激发学生的求知欲和创新精神。培养与人合作的团队精神。教学重、难点重点控制变量法的使用。如何提出实验方案，并使实验方案合理可行。实验数据的分析和处理。难点在老师引导下提出切实可行的实验方案。实验的操作过程。保时捷赛车导入新课美国战斗机摩托车牛顿第一定律的内涵：(2).惯性。惯性大小的量度是质量。(1).力是产生加速度的原因；加速度a与力F有关加速度a与质量m有关1.加速度的大小与力、质量有怎样的关系？问题与讨论：物体的加速度a可能和哪些因素有关？mF1mF2F1F2m2Fm1m2m1F结论：当物体质量一定时，物体的加速度随着力的增大而增大。力指的是合力结论：当力的大小一定时，物体的加速度随着质量的增大而减小。控制变量法问题与讨论：a∝1/ma∝F加速度与力成正比加速度与质量成反比2.猜想加速度与力、质量可能有什么定量关系?3.如何探究一个物理量与两个(或多个)物理量之间的关系？我们应该采用怎样的实验研究方法？问题与讨论：实验研究方法：控制变量法保持m不变，研究a与F的关系;保持F不变，研究a与m的关系。明确几个问题:1.实验要说明什么问题?3.如何由实验得出结论?2.怎么设计这个实验?a与F关系?a与m关系?1.测量哪些量?2.怎么测量?数据处理控制一个量不变a、F、mm：a:F:天平打点计时器物体所受的合力1.怎样测量（或比较）物体的加速度？方法1:在物体上安装一条打点记时器的纸带,根据纸带的点计算加速度．定量分析：方法2:利用刻度尺测量位移并用秒表测量时间,然后利用公式22txa方法3:由运动学公式可知，相同时间的位移跟加速度成正比。于是我们可以通过比较物体运动位移来判定加速度的变化情况。这样就把加速度与外力以及质量的关系转变成了位移与外力以及质量的关系。而测量位移相对加速度就简单多了。221atx定量分析：A：利用弹簧测力计,然后用手拉?2.怎样提供和测量物体所受的恒力?B：利用重物来牵引?定量分析：实验装置图1.什么情况下，绳子拉力近似等于钩码重力即小车所受的合力？2.用钩码的重力替代绳对小车的拉力，小车所受的拉力是否为小车所受的合外力？3.欲使小车的所受拉力就为小车所受的合外力，我们应该如何操作？思考与讨论：平衡摩擦力GG1FNfG1平衡摩擦力f。平衡摩擦力：将长木板平放在实验桌上，在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木板，反复移动薄木板的位置，直至小车在斜面上运动时以保持匀速运动状态，这时小车受到的摩擦力(包括小车所受摩擦力和打点计时器对小车之后所拖纸带的摩擦力)恰好与小车所受的重力在斜面方向上的分力平衡。1.合外力在什么时候等于线的拉力？2.线的拉力在什么时候等于钩码的重力？平衡摩擦力后细线上的拉力为小车所受的合外力理论计算表明：在钩码质量远小于小车质量时，线的拉力近似等于钩码的重力。用以表示小车受到的绳子拉力F为钩码的重力实验器材：1.提供恒定力的：钩码、铁片2.研究的物体：小车3.测量位移的工具：直尺5.辅助器材：带滑轮的长木板，细绳，砝码4.测量时间的工具：秒表一、实验目的1.探究加速度与力的定量关系。2.探究加速度与质量的定量关系。二、实验原理采用控制变量法1.当质量一定时，研究加速度与合外力的关系a∝F合。2.当力一定时，研究加速度与质量的关系a∝1/m。三、实验设计实验方案二：设计对比实验质量保持不变合外力保持不变参考案例一重物的总重力G当作小车受到的拉力F从打点计时器打出的纸带计算出小车的加速度a用天平测出小车的质量m参考案例二实验：小车、打点计时器、纸带、一端带滑轮的长木板、细线、砝码、钩码、刻度尺、天平、铁片为器材，研究小车运动。钩码纸带打点计时器小车小车: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=?GFNFf一、测加速度法（一）实验装置（二）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。F/Na/m·s-20.150.300.450.600.7500.10.20.30.40.5当小车质量不变时次数F/Na/m·s-2123450.100.1460.200.3020.300.4280.400.5920.500.7511.探究加速度与合力的关系如何更直观地处理数据？m/kga/m·s-20.20.40.60.81.000.20.40.60.81.01.2当拉力不变时次数m/kga/m·s-2123451/m(kg-1)2.502.001.331.000.830.4000.8610.5000.6920.7500.4701.0000.3521.2000.2902.探究加速度与质量的关系1/m(kg-1)a/m·s-20.20.40.60.81.000.51.01.52.02.5（三）实验结论m一定时，a∝FF一定时，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牛顿第二定律（Newtonsecondlaw)•通过大量的实验和观测到的事实都反映出物体的加速度与它所受的力成正比，与它的质量成反比的规律，牛顿总结得出：物体加速度的大小跟作用力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同。——牛顿第二定律F=kmaFama1比例系数1．整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变小盘和砝码的质量还是改变小车和砝码的质量，都不需要重新平衡摩擦力．平衡摩擦力是指使小车所受动力(小车重力沿斜面方向的分力)与小车所受阻力(包括小车所受摩擦力和打点计时器对小车之后所拖纸带的摩擦力)大小相等．平衡摩擦力时，应在小车后拖上纸带，先接通电源，再用手给小车一个初速度，若在纸带上打出的点的间隔是均匀的，则表明平衡了摩擦力，否则必须重新调整小木板的位置．实验注意事项2．平衡摩擦力后，每次实验时必须满足在小车上所加砝码的质量远大于砝码和小盘的总质量的条件下进行．只有如此，砝码和小盘的总重力才可视为与小车受到的拉力相等．3．改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器(或尽量远离定滑轮的一端)，并应先接通电源，再放开小车，且在小车到达定滑轮前应按住小车．4．各纸带的加速度a，都应是该纸带的平均加速度．5．作图象时，要使尽可能多的点在所作直线上，不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线的两侧．1、加速度与力的关系保持物体的质量不变，测量物体在不同的力作用下的加速度，分析加速度与力的关系。实验方案质量保持不变（一）实验方案原理x1x2F1F2在相同的时间内，两小车移动的距离分别为:21112xat22212xata1/a2=x1/x2测量出x1、x21.控制m不变，探究a与F的关系。质量保持不变探究加速度与力的关系小车质量M=３００g,小车上砝码质量m=０g,小盘质量M’=１０g次数小车1小车2盘中砝码质量m’1/g(M’+m’1)/g(表示F1大小）位移x1/cm盘中砝码质量m’2/g(M’+m’2)/g(表示F2大小)位移x2/cm1５０２０2３０3４０4５０5６０F2/F1x2/x10探究加速度与力的关系次数1234a1a2Fax2x1F2F1数据处理加速度与力的关系F/Na/m·s20.150.300.450.600.7500.10.20.30.40.5当小车质量不变时次数F/Na/m·s212345如何更直观地处理数据？0.100.1460.200.3020.300.4280.400.5920.500.751由以上得：加速度与力成正比结论2、加速度与质量的关系同理，控制F相同，探究a与m的关系。合外力保持不变实验方案保持物体所受的力相同，测量不同质量的物体在该力作用下的加速度，分析加速度与质量的关系。探究加速度与质量的关系小车质量M=g,小盘质量M’=g,盘中砝码质量m’=g次数小车1小车21234530065010050150200250小车1质量M1小车2质量M2300(M+m1)/g(M+m2)/g车上砝码质量m1/g位移x1/cm车上砝码质量m2/g位移x2/cm探究加速度与质量的关系x2/x10次数1234x2x1M2M1M1M2am1a1a2M2/M1数据处理加速度与质量的关系a/m·s20.20.40.60.81.000.51.01.52.02.5/kg-1m1当拉力不变时次数m/kga/m·s2123451/m·kg-12.502.001.331.000.830.4000.8610.5000.6920.7500.4701.0000.3521.2000.290由以上得：加速度与质量成反比结论1.力是物体产生加速度的原因。2.用控制变量法探究物体的加速度与合外力、质量的关系;设计出实验的方法。3.物体的质量一定时,合外力越大,物体的加速也越大;合外力一定时,物体的质量越大其加速度越小,且合外力的方向与加速度的方向始终一致。4.实验数据的处理方法。课堂小结（2001年上海）如图所示，一质量为m的物体系于长度分别为L1、L2的两根细线上，L1的一端悬挂在天花板上，与竖直方向夹角为θ，L2水平拉直，物体处于求剪断瞬时物体的加速度。平衡状态。现将L2剪断，L1L2mθ高考链接当L2被剪断的瞬间，因T2突然消失，而引起L1上的张力发生突变，使物体的受力情况改变，瞬时加速度沿垂直L1斜向下方，为a=gsinθ。解法：1．一小车在牵引力作用下在水平面上做匀速直线运动，某时刻起，牵引力逐渐减小直到为零，在此过程中小车仍沿原来运动方向运动，则此过程中，小车的加速度()A.保持不变B.逐渐减小，方向与运动方向相同C.逐渐增大，方向与运动方向相同D.逐渐增大，方向与运动方向相反课堂练习2．从高空下落的雨滴受到的空气阻力的大小与其速度的平方成正比．假设雨滴竖直下落，下列说法正确的有()A.雨滴的加速度越来越大B.在开始阶段，雨滴的加速度越来越小C.在开始阶段，雨滴的速度越来越大D.若高度足够高，雨滴最后做匀速运动3．设雨滴从很高处竖直下落，所受空气阻力f和其速度v成正比．则雨滴的运动情况是()A.先加速后减速，最后静止B.先加速后匀速C.先加速后减速直至匀速D.速度逐渐减小到零4．一质量为m的物体放在表面粗糙的水平面上，如图所示，受水平拉力F的作用产生加速度a，这时物体所受的摩擦力为f，当水平拉力增至2F时，则()A.物体的加速度等于2aB.物体的加速度小于2aC.物体的加速度大于2aD.物体所受的摩擦力大于fFf.5．在光滑水平面上有一物块受水平恒力F的作用而运动，在其正前方固定一个足够长的轻质弹簧，如图所示，当物块与弹簧接触并将弹簧压至最短的过程中，下列说法正确的是()A.物块接触弹簧后即做减速运动B.物块接触弹簧后先加速后减速C.当弹簧处于压缩量最大时，物块的加速度不等于零D.当物块的速度为零时，它所受的合力不为零6．已知甲物