第2節

實驗：探究加速度與力、質量的關系高中物理必修第一冊課件新課引入01.高中物理必修第一冊課件物體運動狀態發生改變速度發生了改變產生了加速度與力和質量有關說明加速度與力、質量之間必然存在一定的關系。那么，我們該如何探究加速度與力、質量之間定量關系呢？實驗思路第一部分問題與思考01.高中物理必修第一冊課件從實驗的角度，同時研究某個物理量與另外兩個或多個物理量的定量關系是非常困難的。面對這樣的問題，我們通常采用控制變量的方法進行研究。你知道什么是控制變量法嗎？控制變量法02.高中物理必修第一冊課件

控制變量法是指在研究和解決問題的過程中，對影響事物變化規律的獨立因素加以人為控制，使其中只有一個因素按照特定的要求發生變化，而其他因素保持不變，以利于尋找事物發展變化的規律的方法。例如，在研究某個物理量y與另外兩個變量x1、x2的關系時，先固定一個變量x2不變，研究y與另一個變量x，之間的定量關系；然后再固定變量x1不變，研究y與x2之間的關系。該如何設計這個實驗呢？實驗裝置03.高中物理必修第一冊課件可以用圖示裝置完成這個探究實驗。將小車置于水平木板上，通過滑輪與槽碼相連。小車可以在槽碼的牽引下運動。具體該如何操作呢？實驗思路04.高中物理必修第一冊課件1.探究加速度與力的關系：保持小車質量不變，通過改變槽碼的個數改變小車所受的拉力，測得不同拉力下小車運動的加速度，分析加速度與拉力的定量關系.2.探究加速度與質量的關系：保持小車所受的拉力不變，通過在小車上增加重物改變小車的質量，測得不同質量對應的加速度，分析加速度與質量的定量關系.既然是定量關系，我們就必須要知道每個物理量的數值，測量是必不可少的！物理量的測量第二部分質量的測量01.高中物理必修第一冊課件測量工具：天平可通過增減在小車上的砝碼的數量來實現對小車質量的改變。注意砝碼與槽碼的區別加速度的測量02.高中物理必修第一冊課件方法2：將打點計時器連在小車上，根據紙帶上打出的點可測量加速度；方法1：如果物體做初速度為零的勻加速直線運動，則可利用刻度尺測量位移和秒表測量時間，然后由公式a=(2x)/t2算出;方法3：利用比值法。由于a=(2x)/t2，測出兩個初速度為零的勻加速運動在相同時間內發生的位移x1、x2，位移之比就是加速度之比力的測量03.高中物理必修第一冊課件TT1.如何給小車施加一個可以測量的恒力T呢？直接用彈簧測力計拉小車，可以嗎？還是借助定滑輪和鉤碼來拉？

m0g2.細線給小車提供的拉力是小車受到合力嗎？不計摩擦，小車：F合=T≈m0g計摩擦，小車：F合=T-f≠T如何才能消除摩擦力的影響呢？平衡摩擦力04.高中物理必修第一冊課件平衡摩擦力：把軌道的一端墊高，使重力的分力Gsinθ與摩擦力Ff平衡。操作：先不加細線，調整軌道，使小車剛好能勻速下滑（紙帶上打出間隔均勻的點）。當再加上細線時，細線的拉力就等于小車受到的合力。GcosθGsinθGθθFNFf一次補償，多次測量高中物理必修第一冊課件實驗視頻05.進行實驗第三部分實驗器材與設計01高中物理必修第一冊課件器材：小車、打點計時器、紙帶、一端帶滑輪的長木板、細線、砝碼、槽碼、刻度尺、天平為器材，研究小車運動。傾斜木板補償摩擦力設計實驗過程02.高中物理必修第一冊課件1.用天平測出小車的質量。2.安裝好實驗裝置，平衡摩擦力。3.把細線系在小車上并繞過滑輪懸掛槽碼，將車拉到打點計時器附近。4.先打開計時器電源，再釋放小車，得到紙帶，并記下槽碼重量。5.改變槽碼的重量，重復以上的步驟幾次。6.控制槽碼質量不變，改變小車質量，再測幾組數據。7.設計表格，記錄實驗數據。高中物理必修第一冊課件次數F/Na/m·s-2123450.100.1460.200.3020.300.4280.400.5920.500.751F/

Na/m·s-20.150.300.450.600.7500.10.30.5小車質量一定探究加速度與力的關系03.結論：說明a與F成正比高中物理必修第一冊課件m/kga/m·s-20.20.40.60.81.000.20.40.60.81.01.2次數m/kga/m·s-212345/kg-12.502.001.331.000.83m10.4000.8610.500

0.6920.7500.4701.0000.3521.2000.290

我們很難直觀看出圖線是否為雙曲線，如果a-m圖像是雙曲線，則a

與m成反比，也就是a與成正比。小車所受拉力一定探究加速度與質量的關系04.高中物理必修第一冊課件實驗視頻05.高中物理必修第一冊課件注意事項06.平衡摩擦力時不要掛槽碼，一次實驗只需要平衡一次摩擦力。實驗中必須滿足小車和小車上所加砝碼的總質量遠大于槽碼的總質量。每次開始時，小車應盡量靠近打點計時器(或盡量遠離帶滑輪的一端)，且在小車到達滑輪前應按住小車。作圖線時，要使盡可能多的點落在所作直線上，不在直線上的點應盡可能對稱分布在所作直線兩側，離直線較遠的點應舍去。還有其他實驗方案嗎？高中物理必修第一冊課件例題1典例分析圖甲所示為“探究加速度與物體質量、物體受力的關系”的實驗裝置。（1）在實驗中，下列操作正確的是

A．打點前，小車應靠近打點計時器，要先接通電源,待計時器打點穩定后再釋放小車B．要舍去紙帶上的密集點，然后選取計數點C．在探究加速度與質量之間的關系時，直接根據a-m圖像即可判斷加速度與質量是否成反比D．實驗中，應使小車的加速度盡量大些【參考答案：AB】07.高中物理必修第一冊課件例題1典例分析(2)在實驗過程中,打出了一條紙帶如圖乙所示，計時器打點的時間間隔為0.02s,選取A、

B、C、D四個計數點,每兩個相鄰計數點間有四個點沒有畫出.從圖乙中讀出A,B兩點間距s=

cm;C點對應的速度是

m/s,該小車的加速度大小a＝

m/s2(結果保留兩位有效數字）。（3）根據實驗收集的數據作出的a－F圖線如圖丙所示，請結合圖甲所示的實驗裝置，寫出一條對提高本實驗結果準確程度有益的建議

。0.700.100.20實驗前應先平衡摩擦力07.實驗方案二第四部分高中物理必修第一冊課件器材：小車、一端帶滑輪的長木板、細線、砝碼、鉤碼、天平、刻度尺、黑板擦或寬口夾子等

傾斜木板補償摩擦力實驗器材與設計01高中物理必修第一冊課件探究加速度與力的關系02.

小車質量一定：M=

g,小車上砝碼質量m=

g,小盤質量M′=

g次數小車1小車212345位移x1/cm位移x2/cm(M′+m′2)g(F2大小)砝碼質量m′2(g)3005020304060砝碼質量m′1(g)(M′+m′1)g(F1大小)7010

0高中物理必修第一冊課件F2/F1x2/x10次數1234x2x1F2F1Fa探究加速度與力的關系02.高中物理必修第一冊課件小車質量M=

g,小盤質量M′=

g,盤中砝碼質量m′=

g次數小車1小車212345(M+m1)-M1(M+m2)-M2300

6

50車上砝碼質量m1(g)位移x1/cm10050150200250車上砝碼質量m2(g)位移x2/cm300探究加速度與質量的關系03.高中物理必修第一冊課件x2/x10次數1234x2x1M1/M2M1M2am1探究加速度與質量的關系04.實驗結論05.高中物理必修第一冊課件（注意：這里的力指的是物體所受的合外力）1.m一定，加速度a與F的定量關系：2.F一定，加速度a與m的定量關系:加速度與力、質量之間的關系：還有沒有其他設計方案呢？創新方案第五部分創新方案一01.高中物理必修第一冊課件1.利用氣墊導軌探究不需要平衡摩擦力創新方案二02.高中物理必修第一冊課件2.利用彈簧測力計(水平懸掛)探究彈簧測力計的示數的兩倍就等于小車所受到的拉力創新方案三03.高中物理必修第一冊課件3.利用彈簧測力計(豎直懸掛)探究彈簧測力計的示數就是小車所受到的拉力創新方案四04.高中物理必修第一冊課件4.利用力傳感器探究力傳感器示數的兩倍就等于小車所受到的拉力高中物理必修第一冊課件例題2典例分析圖甲為“探究加速度與力、質量的關系”裝置示意圖,連接在小車后面的紙帶穿過電火花打點計時器,小車和掛在豎直面內的拉力傳感器用一條柔軟輕繩通過光滑的定滑輪和動滑輪連接起來,拉力傳感器是一種將物理信號轉變為可測量的電信號輸出的裝置,用于測小車受到拉力的大小。（1）在安裝器材時，要調整定滑輪的高度，使連接小車的細繩與木板平行。這樣做的目的是

（填字母代號）。A.在補償阻力時，應將拉力傳感器、鉤碼通過滑輪用細繩拴在小車上B.連接拉力傳感器和小車的細繩應與長木板平行C.補償阻力后,長木板位置不能移動,每次改變小車質量時,應重新補償阻力D.小車釋放前應靠近打點計時器，但應先釋放小車，再接通電源【參考答案：B】05.高中物理必修第一冊課件例題2典例分析（2）實驗中

（填“需要”或“不需要”）滿足所掛鉤碼質量遠小于小車質量。（3）某實驗小組在小車加速下滑過程中得到如圖乙所示一條紙帶的一部分,用毫米刻度尺測量并在紙帶上標出了各段的長度，相鄰兩計數點間的距離如圖乙所示，已知打點計時器使用的低壓交流電源的頻率為50Hz，相鄰兩計數點間還有4個計時點未標出，在A、B、C、D、E五個點中，打點計時器最先打出的是

點。在打出C點時小車的速度大小為

m/s；小車的加速度大小為

m/s2。（計結算果保3位有效字）不需要A1.181.4905.重難點突破第六部分實驗原理不完善引起的誤差01.高中物理必修第一冊課件設小車和重物的質量分別為M、m,細繩上的拉力大小為F，小車和重物的加速度大小均為a,對小車有F=Ma(下節結論)，對重物有mg-F=ma,由此可得

,只有在m<<M

時,才有F≈mg.但在處理實驗數據時,我們認為作用在小車上的合力大小F=mg,這就使得小車獲得的加速度a的理論值大于真實值,其差值,,則m越大時,其差值也越大,因此這種設計方案會產生系統誤差，當不能滿足M>>m時,圖線會彎曲,a-F圖像如圖所示。平衡摩擦力不準造成的誤差02.高中物理必修第一冊課件實驗中需要平衡摩擦力，若未平衡摩擦力或平衡摩擦力不當就會造成誤差。(1)如出現圖中中①直線.說明平衡摩擦力過度.即拉力F=0時,已經產生了加速度.若出況圖中②直線，說明未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足,因為拉力大于F0時才產生加速度。高中物理必修第一冊課件(2)岀現圖乙中直線的原因分析如下(m表示小車的質量):平衡摩擦力后，小車在木板上的受力應有F+mgsinθ-μmgcosθ=ma,其中F為細繩的拉力。θ為木板與水平面間的夾角。若未平衡摩擦力，則θ=0，上式可寫為F-μmg=ma,可得a=

,

F一定,只有m小到一定程度，即

大到一定程度，才有a＞0,產生加速度，說明圖線②為未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足造成的。若平衡摩擦力過度，小車在木板上的受力應有F+mgsinθ-μmgcosθ=ma，可得a=。F一定，當

時，可將上式整理得a=g(sinθ-μcosθ)，說明圖線①為平衡摩擦力過度造成的。平衡摩擦力不準造成的誤差02.高中物理必修第一冊課件例題3典例分析某實驗小組利用如圖所示的裝置探究加速度與力,質量的關系。（1）為使砝碼桶及桶內砝碼的總重力在數值上近似等于木塊運動時受到的拉力，應滿足的條件是砝碼桶及桶內砝碼的總質量________（選填“遠大于”“遠小于”或“近似等于”）木塊和木塊上砝碼的總質量。【參考答案：遠小于】03.高中物理必修第一冊課件例題3典例分析（2）甲、乙兩同學在同一實驗室，各取一套裝置放在水平桌面上，木塊上均不放砝碼，在沒有平衡摩擦力的情況下，研究加速度a與拉力F的關系，分別得到圖中甲、乙兩條直線。設甲、乙用的木塊質量分別為m甲、m乙，甲、乙用的木塊與木板間的動摩擦因數分別為μ甲、μ乙，由圖可知，m甲

m乙，μ甲

μ乙。（均選填“＞”“＜”或“=”）【參考答案：“＜”“＞”】03.高中物理必修第一冊課件例題4在“探究加速度與物體質量、物體受力的關系”活動中：某同學設計了如圖a的實驗裝置簡圖，A為小車，B為電火花計時器，C為砂桶，D為一端帶有定滑輪的長方形木板，實驗中認為細繩對小車拉力F等于砂桶和砂的總重量。典例分析04.高中物理必修第一冊課件例題4（1）圖b是實驗中獲取的一條紙帶的一部分：0、1、2、3、4、5、6、7是計數點，每相鄰兩計數點間還有4個打點（圖