实验：探究加速度与力、质量的关系2

1、第四章第四章 牛顿运动定律牛顿运动定律动力学的奠基者动力学的奠基者 英国科学家牛顿英国科学家牛顿(1643-1727)1 1、牛顿第一定律正确揭示了运动和力的关系：牛顿第一定律正确揭示了运动和力的关系：2 2、牛顿第一定律是牛顿第一定律是理想定律理想定律3 3、惯性惯性力是力是改变改变物体运动状态的原因物体运动状态的原因力不是力不是维持维持物体运动的原因物体运动的原因不受力的物体是不存在的，不受力的物体是不存在的，不能用实验来验证不能用实验来验证。一切一切物体在物体在任何任何状态下都有惯性状态下都有惯性 惯性惯性只只与物体的与物体的质量质量有关有关回顾回顾: : 加速度加速度是描述是描述_的物

2、理量的物理量赛车为什么比普通小车加速快？赛车为什么比普通小车加速快？ 赛车动力强大，赛车动力强大，牵引力大牵引力大满载的货车满载的货车比比空空车车加速慢，原因又是什么呢？加速慢，原因又是什么呢？ 空车空车质量小质量小物体的加速度与什么有关物体的加速度与什么有关？定性判断一下，是定性判断一下，是怎样的关系？怎样的关系？ 受受力大，加速度大；质量大，加速度小力大，加速度大；质量大，加速度小 速度变化快慢速度变化快慢问题引入问题引入: :4.2 4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系实验：探究加速度与力、质量的关系 加速度加速度a a与力与力F F和质量和质量m m都有关，我们是分都有关，我们是分

3、别研究还是一起研究？别研究还是一起研究？ 控制变量法控制变量法 1、控制、控制m相同，探讨相同，探讨加速度加速度a与与F的关系的关系2、控制、控制F相同，探讨相同，探讨加速度加速度a与与m的关系的关系 这种先控制一个参量不变，研究其余参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量之间变化关系的方法叫控制变量法控制变量法明确几个问题明确几个问题:2.如何由实验得出结论如何由实验得出结论?1.怎么设计这个实验怎么设计这个实验?1.测量哪些量测量哪些量?2.怎么测量怎么测量?数据处理：数据处理：m不变时，不变时，a与与F关系；关系；F不变时，不变时，a与与m关系。关系。 a、F、m m

4、： a:F:天平天平求出物体所求出物体所受的合力受的合力打点计时器打点计时器（逐差法）（逐差法）x=aT2实验设计实验设计: 参考方案一参考方案一:用用打点计时器打点计时器探究探究小车小车:打点计时器打点计时器:测量小车运动过程中的加速度测量小车运动过程中的加速度钩码钩码:重力提供重力提供拉力（拉力（小车的小车的质量远远大质量远远大于钩码的质量于钩码的质量）研究对象研究对象,可用天平称其质量可用天平称其质量合力合力F=?GFNFf平衡摩擦力：平衡摩擦力： 前提：当前提：当小车小车的质量远远大于的质量远远大于钩码钩码的质量时，钩的质量时，钩码重力码重力近似近似等于绳子拉力，用以表示小车受到的合等

5、于绳子拉力，用以表示小车受到的合外力外力FGG1FNfG1平衡摩擦力平衡摩擦力f。 当不挂钩码时小车牵引纸带能做匀速运动即纸带当不挂钩码时小车牵引纸带能做匀速运动即纸带上打出的点能够均匀分布。上打出的点能够均匀分布。实验步骤实验步骤:1.用天平测出小车的质量。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。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

6、，释放小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。车，测出一组数据。4.改变钩码质量，多测几组数据。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。控制钩码质量不变，改变小车质量，再测几组数据。6探究加速度与质量力的关系探究加速度与质量力的关系_标清标清.mp4例如：例如：a a与与F F的关系的有关数据资料如下表的关系的有关数据资料如下表. . (1)画出画出aF图象图象a a/(ms/(ms2 2) )1.981.984.064.065.955.958.128.12F F/N/N1.001.002.002.003.003.004.004.

7、00(2)(2)从图象可判定：从图象可判定：当当m m一定时，一定时，a a与与F F成成正比正比1、控制、控制m相同，探讨相同，探讨加速度加速度a与与F的关系的关系m m一定，一定， a Fa F；注意：注意： 因实验中不可避免地出现误差，描出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的点不完全在一条直线上 连线时应使直线过尽量多的点，连线时应使直线过尽量多的点，不在直不在直线上的点应大致对称分布在直线两侧线上的点应大致对称分布在直线两侧，离直，离直线较远的点应视为错误数据，不予考虑线较远的点应视为错误数据，不予考虑 a a与与F F成正比，图线是过成正比，图线是过原点原点的直线

8、的直线例如：例如：a a与与m m的有关数据资料如下表的有关数据资料如下表. . 实验实验次数次数加速度加速度a a/(ms/(ms2 2) )小车与砝码小车与砝码总质量总质量m m/kg/kg小车与砝码小车与砝码总质量的倒数总质量的倒数m m1 1/kg/kg1 11 10.290.290.200.205.05.02 20.250.250.250.254.04.03 30.220.220.300.303.33.34 40.180.180.350.352.92.95 50.160.160.400.402.52.52、控制、控制F相同，探讨相同，探讨加速度加速度a与与m的关系的关系(1)画出画出

9、a 图象图象m1(2)(2)从图象可以判定：当从图象可以判定：当F F一定时，一定时，a a与与m m成反比成反比F F一定，一定， a1/ma1/m五、误差分析五、误差分析1 1质量的测量误差、纸带上打点计时器质量的测量误差、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木板平行等都会造成误差2 2用小盘及砝码的总重力代替小车受到用小盘及砝码的总重力代替小车受到拉力，存在系统误差拉力，存在系统误差3 3平衡摩擦力不准造成误差平衡摩擦力不准造成误差2021-10-1414实验结论：实验结论：m一定时，一定时，aFF一定时，一定

10、时，a1/m实验原理实验原理: :若物体作初速度为零的匀加速直线运动若物体作初速度为零的匀加速直线运动, ,则则: : 变形得变形得: : 在实验中，我们让两个小车在实验中，我们让两个小车同时运动同时同时运动同时停下停下, ,时间相同，则加速度的比值等于运动位时间相同，则加速度的比值等于运动位移的比值，即移的比值，即: :参考案例二参考案例二22txa 221atx 2121xxaa2021-10-1416实验设计二：实验设计二： 设计对比实验设计对比实验设计方案设计方案保持小车保持小车质量不变质量不变不变不变保持力保持力NoImage光电门光电门1 1光电门光电门2 2挡光板挡光板xX & t方案三：方案三：利用气垫导轨来探究加速度与力、质量的关系利用气垫导轨来探究加速度与力、质量的关系2222021()()22xxvvttaxxttxtxtvva120光