【大单元教学】微专题 牛顿运动定律 课时 省赛获奖

牛顿运动定律课时2实验：探究加速度与力、质量的关系情境导入日常生活中，我们常见到如图所示的情境：若帮忙推车的人越多，推力越大，车的速度改变就越快；相同推力下，若汽车是空车，则比满载时速度改变快。可见，汽车获得的加速度与其质量和所受外力有关。通过观察，加速度与力和质量可能存在以下关系：对同一物体，作用力越大，加速度越大；对不同物体，在相同力的作用下，物体质量越小，加速度越大。真有这样的规律吗？下面，我们通过实验来探究加速度与力、质量之间的关系。任务二赛车如何获得更大的加速度活动过程观看视频:8000马力挑战10000马力,顶级直线加速赛车大战。决定赛车加速度大小的因素任务二赛车如何获得更大的加速度活动过程查阅资料:什么是直线加速赛车。决定赛车加速度大小的因素直线加速赛是场地汽车比赛项目之一。比赛按不同车型及发动机工作容积分为12-14个级别，在两条并列长1500米、各宽15米的直线柏油跑道上进行，实际比赛距离为1/4英里或1/8英里。比赛时每2辆车为1组，实行淘汰制，分多轮进行，直至决出冠军。采用定点发车方法，加速行进，通过电子仪器测量从发车线到终点线的行驶时间评定成绩。任务二赛车如何获得更大的加速度活动过程猜想影响赛车加速度大小的因素有哪些,请写下你的初步判断。决定赛车加速度大小的因素猜想:物体的加速度a与它受到的作用力F可能成什么关系;物体的加速度a与物体质量m可能成什么关系。任务二赛车如何获得更大的加速度活动过程现在需要研究的物理量有a、F、m三个,需要用什么方法进行研究?决定赛车加速度大小的因素从实验的角度，同时研究某个物理量与另外两个或多个物理量之间的定量关系是非常困难的。面对这样的问题，我们通常采用控制变量的方法进行研究。控制变量法：控制变量的方法是指在研究和解决问题的过程中，对影响事物变化规律的独立因素加以人为控制，使其中只有一个因素按照特定的要求发生变化，而其他因素保持不变，以利于寻找事物发展变化的规律的方法。例如，在研究某个物理量y与另外两个变量x1、x2的关系时，先固定一个变量x2不变，研究y与另一个变量x1之间的定量关系；然后再固定变量x1不变，研究y与x2之间的关系任务二赛车如何获得更大的加速度活动过程探究加速度与力、质量的关系力质量加速度加速度探究加速度与力、质量的关系实验目的任务二赛车如何获得更大的加速度活动过程探究加速度与力、质量的关系将小车置于水平木板上，通过滑轮与槽码相连。小车可以在槽码的牵引下运动。加速度与力的关系：保持小车质量不变，通过改变槽码的个数改变小车所受的拉力。小车所受的拉力可认为与槽码所受的重力相等。测得不同拉力下小车运动的加速度，分析加速度与拉力的变化情况，找出二者之间的定量关系。加速度与质量的关系：保持小车所受的拉力不变，通过在小车上增加重物改变小车的质量。测得不同质量的小车在这个拉力下运动的加速度，分析加速度与质量的变化情况，找出二者之间的定量关系。实验思路任务二赛车如何获得更大的加速度活动过程探究加速度与力、质量的关系要测量的物理量力质量加速度任务二赛车如何获得更大的加速度活动过程探究加速度与力、质量的关系可通过改变加上小车上的钩码的质量来实现对小车质量的改变，可通过天平来测量小车的质量。1.质量的测量2.加速度的测量方法一根据位移与时间的关系式测量因为小车做初速度为0的匀加速直线运动，根据位移与时间的关系式可得其中时间和位移可通过纸带上的点迹来获得。物理量的测量任务二赛车如何获得更大的加速度活动过程探究加速度与力、质量的关系物理量的测量2.加速度的测量方法二逐差法求加速度将6个时间段分成3组，X1、X4一组，X2、X5一组，X3、X6一组。分别根据每一组的数据求加速度。于是有任务二赛车如何获得更大的加速度活动过程探究加速度与力、质量的关系物理量的测量2.加速度的测量方法三求加速度的比例关系因为实验探究的是加速度与其他物理量之间的比例关系，故测量不同情况下加速度的比值也是可以的。由位移与时间的关系可知，如果物体运动的时间相等，那么物体运动的加速度之比即为位移之比，即通过纸带上的点迹完全可以控制所研究的时间段相等。任务二赛车如何获得更大的加速度活动过程探究加速度与力、质量的关系物理量的测量3.力的控制与测量可通过改变小盘中钩码的质量来实现对小车拉力的控制。将木板靠近打点计时器的端垫起，可使重力沿木板的分来平衡小车所受的摩擦力。任务二赛车如何获得更大的加速度活动过程探究加速度与力、质量的关系实验数据记录表格加速度与力的关系设计表格，把测得的同一个小车在不同拉力F作用下的加速度a填在表1中。表1小车质量一定拉力F加速度a任务二赛车如何获得更大的加速度活动过程探究加速度与力、质量的关系实验数据记录表格加速度与质量的关系设计表格，把测得的不同质量的小车在相同拉力作用下的加速度a填在表2中。表2小车所受的拉力一定质量

m加速度a任务二赛车如何获得更大的加速度活动过程探究加速度与力、质量的关系实验过程测量1安装2平衡摩擦力3用天平测量小盘和砝码的质量m′和小车的质量m。把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细绳系在小车上(即不给小车牵引力)。在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块，使小车能匀速下滑。任务二赛车如何获得更大的加速度活动过程探究加速度与力、质量的关系实验过程施放小车4改变拉力5求加速度6小盘通过细绳绕过定滑轮系于小车上，先接通电源后放开小车，断开电源，取下纸带编号码。保持小车的质量m不变，改变小盘和钩码的质量m′，重复步骤4。在每条纸带上选取一段比较理想的部分，测加速度a，并记录数据。任务二赛车如何获得更大的加速度活动过程探究加速度与力、质量的关系实验过程施放小车4改变质量7求加速度8小盘通过细绳绕过定滑轮系于小车上，先接通电源后放开小车，断开电源，取下纸带编号码。在步骤(4)的基础上，保持小盘中钩码的数量不变，改变小车的质量，重复步骤（4）。在每条纸带上选取一段比较理想的部分，测加速度a，并记录数据。任务二赛车如何获得更大的加速度活动过程探究加速度与力、质量的关系数据分析绘制a-F图像。若这些点大致在同一条直线上，故可以判断在质量一定时，物体的加速度与其所受的合外力成正比。分析a~F任务二赛车如何获得更大的加速度活动过程探究加速度与力、质量的关系数据分析若加速度的大小随质量的增大而减小。但这时仅从图像上不能判断加速度就一定与质量成反比，因为也有可能是其他的函数关系，如二次函数，摆线。绘制a-m图像。分析a~m任务二赛车如何获得更大的加速度活动过程探究加速度与力、质量的关系数据分析绘制a-1/m(a-1/m2)图像。要验证加速度是否与质量成反比，可绘制a-1/m图像，若描出的点在同一直线上，则a与1/m成正比，即a与m成反比；要验证加速度是否与质量的平方成反比，则可绘制a-1/m2图像，若描出的点在同一直线上，则a与1/m2成正比，即与m2成反比。分析a~m任务二赛车如何获得更大的加速度活动过程探究加速度与力、质量的关系得出结论在物体的质量一定时，加速度的大小与合外力的大小成正比。在物体所受的合外力一定时，加速度的大小与此物体的质量成反比。任务二赛车如何获得更大的加速度活动过程探究加速度与力、质量的关系实验误差分析实验误差分析系统误差本实验用槽码所受的重力代替细线对小车的拉力，而实际小车所受的拉力F要小于槽码所受的重力mg。因此，满足槽码的质量m1远小于小车的质量m2的目的就是为了减小因实验原理不完善而引起的误差。此误差可因m1<<m2而减小，但不可能为0。任务二赛车如何获得更大的加速度活动过程探究加速度与力、质量的关系由于实验原理中要水平面为光滑水平面，因此在实验中应该平衡摩擦力，如果没有平衡摩擦力或者平衡不当就会带来系统误差。如果学生所画图线中出现了不过原点的情况，那么就可能是平衡摩擦力不当导致的。实验误差分析偶然误差任务二赛车如何获得更大的加速度活动过程探究加速度与力、质量的关系实验注意事项（1）平衡摩擦力用将木板倾斜一定程度进行阻力补偿的方法。开始时不要在小车一端悬挂重物，将打点计时器上的纸带与小车相连，用手给小车一个初速度，让小车在木板上运动。如果在纸带上打出点的间隔是均匀的，表明小车受到的阻力跟它的重力沿斜面向下的分力平衡。（2）不重复平衡摩擦力平衡摩擦力后，不管以后是改变槽码的质量，还是改变小车的质量，都不需要重新平衡摩擦力。任务二赛车如何获得更大的加速度活动过程探究加速度与力、质量的关系实验注意事项（3）实验条件：只有当小车的质量远大于槽码的质量时，槽码的重力才可视为小车受到的拉力。（4）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，并应先接通电源，后释放小车，且应在小车到达滑轮前按住小车。（5）设计记录表格，正确记录实验数据作图时两坐标轴的标度比例要适当，这样作图时坐标点间距不至于过密，误差会小些。活动拓展控制变量的方法是指在研究和解决问题的过程中，对影响事物变化规律的独立因素加以人为控制，使其中只有一个因素按照特定的要求发生变化，而其他因素保持不变，以利于寻找事物发展变化的规律的方法。例如，在研究某个物理量y与另外两个变量x1、x2的关系时，先固定一个变量x2不变，研究y与另一个变量x1之间的定量关系；然后再固定变量x1不变，研究y与x2之间的关系。本节在探究加速度与力、质量之间的关系时，就采用了控制变量的方法。以后在研究涉及多个变量的规律时，还会用到控制变量的方法，它是科学研究中常用的一种方法。控制变量活动作业1.某实验小组利用如图所示的装置探究加速度与力、质量的关系，下列做法正确的是（）A.调节滑轮的高度，使拉木块的细绳与长木板保持平行B.在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上C.实验时，先放开木块再接通打点计时器的电源D.通过增减木块上的砝码改变质量时，需要重新调节木板倾斜度来平衡木块受到的滑动摩擦力活动作业2.如图甲为“用DIS(位移传感器、数据采集器、计算机等）研究加速度和力的关系”的实验装置。(1)在该实验中必须采用

法，应保持

不变，用钩码所受的重力作为

，用DIS测小车的加速度。(2)改变所挂钩码的数量，多次重复测量。在某次实验中根据测得的多组数据可画出a-F关系图