实验：探究加速度与力、质量的关系

课堂检测：1、牛顿第一定律正确揭示了运动和力的关系：2、牛顿第一定律是理想定律3、惯性力是改变物体运动状态的原因力不是维持物体运动的原因不受力的物体是不存在的，不能用实验来验证。一切物体在任何状态下都有惯性惯性只与物体的质量有关实验+推理回顾:加速度是描述____________的物理量赛车为什么比普通小车加速快？赛车动力强大，牵引力大满载的货车比小车加速慢，原因又是什么呢？小车质量小物体的加速度与什么有关？是怎样的关系？受力大，加速度大；质量大，加速度小速度变化快慢问题引入:4.2实验：探究加速度与力、质量的关系加速度a与力F和质量m都有关，我们是分别研究还是一起研究？控制变量法1、控制m相同，探讨加速度a与F的关系2、控制F相同，探讨加速度a与m的关系这种先控制一个参量不变，研究其余参量之间变化关系的方法叫控制变量法实验设计:参考方案一: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a钩码:重力提供拉力研究对象,天平称其质量m合力F=?GFNFf怎样测量m、a、F？平衡摩擦力：GG1FNfG1与摩擦力f平衡问：如果此时给小车加上一个沿斜面向下的拉力F，那它受到的合力F=?方法：不挂小盘和钩码，将木板的一端稍作垫高，逐渐调节木板的倾角，直到使小车拖着纸带匀速下滑（纸带上打下的点间距相等）gmF整个实验只需进行一次平衡摩擦力的操作．钩码的重力，即绳子的拉力等于钩码的重力吗？不等于！因为钩码向下加速，所以绳子的拉力小于钩码的重力.小车所受的合外力F近似等于钩码所受的重力的条件:1、平衡了摩擦力2、钩码的质量比小车质量小得多,即mm＇例如：a与F的关系的有关数据资料如下表.(1)画出a－F图象．a/(m·s－2)1.984.065.958.12F/N1.002.003.004.00(2)从图象可判定：当m一定时，a与F成正比．1、控制m相同，探讨加速度a与F的关系m一定，a∝F；注意：因实验中不可避免地出现误差，描出的点不完全在一条直线上连线时应使直线过尽量多的点，不在直线上的点应大致对称分布在直线两侧，离直线较远的点应视为错误数据，不予考虑．a与F成正比，图线是过原点的直线例如：a与m的有关数据资料如下表.实验次数加速度a/(m·s－2)小车与砝码总质量m/kg小车与砝码总质量的倒数m－1/kg－110.290.205.020.250.254.030.220.303.340.180.352.950.160.402.52、控制F相同，探讨加速度a与m的关系(1)画出a－图象．m1(2)从图象可以判定：当F一定时，a与m成反比．F一定，a∝1/m五、误差分析1．质量的测量误差、纸带上打点计时器打点间隔距离的测量误差，拉线或纸带不与木板平行等都会造成误差．2．用小盘及砝码的总重力代替小车受到拉力，存在系统误差．3．平衡摩擦力不准造成误差实验原理:若物体作初速度为零的匀加速直线运动,则:变形得:在实验中，我们让两个小车同时运动同时停下,时间相同，则加速度的比值等于运动位移的比值，即:参考案例二22txa221atx2121xxaa实验数据处理次数1234F1F2F1/F2x1x22121xxaa结论:2121FFaa物体的加速度与力成正比1、控制m相同，探讨加速度a与F的关系次数1234m1m2m2/m1x1x22121xxaa结论:1221mmaa物体的加速度与质量成反比2、控制F相同，探讨加速度a与m的关系例题1某同学在做“探究加速度与力、质量的关系”的实验时，画出了如图所示的三条图线，这三条图线表示实验中的____________不同．小车的质量解析过F轴上的某一点作一条平行于a轴的直线，与三条图线有三个交点，可以看出三个交点对应的纵坐标a的值不同，a的值越小，运动状态越难改变，惯性越大，质量也就越大，答案这三条图线表示实验中的小车的质量不同．实验误差分析例2用如图所示的装置研究质量一定时，加速度与力的关系．实验中认为细绳对小车的作用力F等于沙和桶的总重力mg.根据测得的数据作出a－F图线．发现横轴上的截距OA较大，明显地超出了偶然误差的范围，这是由于在实验中没有______________平衡摩擦力解析细绳对小车的拉力F达到一定的数值前，小车仍静止，表示木板的摩擦力不能忽略，同时也表明该同学做实验时，没有给实验装置平衡摩擦力．答案给实验装置平衡摩擦力变式训练2如果某同学根据测得的数据作出的a－F图线如图所示，则：实验中出现误差的原因是什么？平衡摩擦力时，长木板的倾角过大解析当力F为零时，加速度不为零，就说明当力为零时，小车仍在长木板上向下加速，其原因就是平衡摩擦力时长木板倾角过大，使得小车的重力沿斜面向下的分力大于小车所受滑动摩擦力，所以应重新调整木板，平衡摩擦力．四、实验注意事项例4在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，当作用力一定时(悬挂的小盘和重物所受的重力不变)，探索加速度与质量的关系时，下列说法正确的是()A．平衡摩擦力时，应将小盘用细绳通过定滑轮系在小车上B．每次改变小车质量时，不需要重新平衡摩擦力C．实验时，先放开小车，再接通打点计时器的电源D．小车运动的加速度可用天平测出小车的质量M和小盘和重物的质量m，用公式求出gMmaB解析在平衡摩擦力时，不应将装沙的小桶通过定滑轮连在小车上，而是在木板后端垫上适应厚度的薄片，再观察小车能在木板上带着纸带匀速下滑即可，故选项A错误，B正确；操作时应先接通打点计时器的电源再放开小车，故选项C错误；牛顿第二定律是本实验要达到的目标，不能把它作为理论根据来计算加速度，其加速度只能从纸带提供的数据计算得出，故选项D错误．答案B光电门1光电门2挡光板△xX&t方案三：利用气垫导轨来探究加速度与力、质量的关系2222021()()22xxvvttaxxttxtxtvva120光电门数字计时器拓展探究课堂小结本节课以实验为依据，采用控制变量法进行研究，根据已掌握的物理知识设计实验方案，探索物理规律是物理学研究的重要方法。实验验证思考：如何设计实验?事实是不是这样？m一定，a∝F；F一定，a∝1/m。