实验：探究加速度与力、质量的关系同步课件-高一上学期物理人教版（2019）必修第一册

4.2、实验：探究加速度与力、质量的关系

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。力是改变物体运动状态的原因，也就是产生加速度的原因；加速度a与力F有关

课堂导入惯性：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态惯性与质量有关，质量越大惯性越大，运动状态越难改变加速度a与质量m有关

课堂导入物体运动的加速度a与什么因素有关呢？物体所受的力F有关物体本身的质量m有关a、F、m之间的关系猜想？成

正

比成

反

比

课堂导入

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。

课堂导入实验目的：(1)学会利用控制变量法研究物理规律；(2)探究加速度与力、质量的关系；(3)掌握利用图像处理数据的方法。实验方法：控制变量法①保持质量M不变，研究a与F的关系。②保持拉力F不变，研究a与M的关系实验原理：实验装置如图，本实验把小车作为研究对象，需要测量的物理量有其中质量可用，加速度可用

，拉小车运动的物体的重力可近似认为等于小车所受的拉力（小车的总质量M远大于砝码加砝码盘的质量m，这样可以减小误差），故小车所受拉力可通过测量物体的重力间接得到。实验器材：、纸带、复写纸、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘、细绳、交流电源、导线、、刻度尺、砝码。加速度，力与质量，天平测量

打点计时器测量打点计时器天平重物的总重力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实验器材：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、天平为器材，研究小车运动。①用天平称出小车和砝码的总质量M，托盘和重物的总质量m，把结果记录下来。②把实验器材安装好，但不把悬挂托盘的细绳系在车上，即不给小车施加牵引力。③平衡摩擦力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫一块薄木板，反复移动薄木板的位置，直至小车在斜面上运动时可以保持匀速直线运动状态（判断依据：纸带上各点间的距离相等）。实验步骤;④把细绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂小盘，先

再

，打点计时器在纸带上打出一系列的点，打完点后切断电源，取下纸带，在纸带上标记号码。⑤保持小车质量不变，在小盘内放入质量为m1、m2、m3、…的砝码，重复步骤④，记录数据。⑥在每条纸带上都选取一段比较理想的部分，根据

或

计算加速度。⑦保持小盘和砝码的质量不变，在小车上加砝码，重复上述步骤④和⑥。实验步骤;接通电源释放小车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？a—F

图象是一条过原点的倾斜直线a∝F

数据处理；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-2123452.502.001.331.000.830.4000.8610.5000.6920.7500.4701.0000.3521.2000.2902.探究加速度与质量的关系a/m·s-20.20.40.60.81.000.51.01.52.02.5在牵引力一定时，a与m成反比

数据处理；

数据处理图像法：1.保持小车总质量M不变，加速度a与合外力F图像，如图甲（a-F图像的斜率代表小车的总质量倒数

）。实验结论

：

2.保持合外力F不变时，a与

的图像。解释：依据a=可知加速度a与小车总质量M成反比，如图乙。由此可知a-M图像不易反映出相应规律;因为加速度a与小车总质量M成反比,所以a与成正比,故作出F不变时a-

的关系图像,如图丙（斜率代表合外力F）。实验结论：注意事项：①平衡摩擦力时不给小车施加任何牵引力(不挂细线和砝码盘),并让小车拖着纸带运动(挂纸带)②整个实验平衡摩擦力以后，无论改变M或m的质量，都不需要重新平衡摩擦力（只平衡一次）。③必须满足小车与车上砝码总质量M

小盘和砝码总质量m，以减小系统误差。远大于④开始释放时小车应尽量靠近打点计时器，并应先

，待打点计时器稳定后再

，⑤用图像法处理实验数据，作图时使

，不在直线上的点尽可能多均匀分布在所作直线两侧，偏离直线太大的点应舍弃。⑥拉小车的细线应平行于桌面。接通电源释放小车尽可能多的点在直线上

误差分析：（1）读数和测量造成的偶然误差;质量的测量误差，纸带测量时读数误差。（2）因实验原理不完善造成的系统误差:实验中若不能满足M>>m，则a-F、a-

的图像将是如图②。（3）平衡摩擦力不准造成的误差:Ⅰ.实验满足M>>m，但若未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足，图像如图③所示。Ⅱ.实验满足M>>m，但若平衡摩擦力过度（板面倾角过大），图像如图①所示。

误差分析：例题1.如上图所示，在“探究加速度与力、质量的关系”的演示实验中，若1、2两个完全相同的小车所受的拉力分别为F1、F2，车中所放砝码的质量分别为叫m1、m2.打开夹子后经过相同的时间两车的位移分别为X1、X2，则在实验误差允许的范围内，有()A.当m1＝m2、F1＝2F2时，X1＝2X2B.当m1＝m2、F1＝2F2时，X2＝2X1C.当m1＝2m2、F1＝F2时，X1＝2X2D.当m1＝2m2、F1＝F2时，X2＝2X1思考：①以上两装置中，是否需要平衡摩擦力？是否需要满足M>>m？②若用气垫导轨做实验是否需要平衡摩擦力？是否需要满足M>>m例题2.1.本实验的实验方法是_________________;2.实验中为保证小车所受的合外力为绳的拉力必要的一部操作是_________,具体操作时：①将木板的哪一侧垫高？②平衡摩擦力时，是否挂上砝码及砝码盘？是否挂上纸带？③如何证明已经平衡摩擦力？④改变小车的质量后，是否需要重新平衡摩擦力？3.平衡摩擦力后，砝码及砝码盘所受绳的拉力是否等于砝码及砝码盘的总重力？小车受到的合外力是否等于砝码及砝码盘的总重力？4.实验数据处理：(1)实验中为何不画a-M图像，而画a-图像？(2)分析以下图像出现的原因：①图线甲说明a与F成___________，甲的斜率k表示__________；②图线乙变弯曲的原因？③图像丙与y轴有截距的原因？④图像丁与x轴有截距的原因？注：砝码及砝码盘的总质量为m，小车的质量为M，当m<<M时可近似认为小车所受的合外力为砝码及砝码盘的总重力。设绳的拉力为FT，对小车由牛顿运动定律：F=Ma①对砝码及砝码盘由牛顿运动定律：mg-F=ma②①式求出a带入②解得：F=_________当m<<M时，F近似等于mg物体的加速度a与所受到的合外力F、物体质量m的定量关系：F一定，

a∝m一定，

a∝F课堂小结1.研究方法2.