5.2科学探究加速度与力质量的关系课件高一上学期物理

第5章牛顿运动定律第2节加速度与力、质量的关系日常生活中，我们常见到如图5-5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.实验目的(1)探究加速度与力质量的关系(2)学用控制变量法索物理规律实验器材:带定滑轮的木板、薄垫块、小车、细绳、重物(小钩码或沙桶等)、打点计时器、纸带、交流电源、天平、码、刻度尺。实验原理与设计本实验运用控制变量法，分别探究加速度与受力大小、加速度与质量的关系实验装置如图5-6所示。实验中，通过打点计时器打出的纸带测量小车的加速度a重物通过细绳给小车施加外力F。若保持小车质量m不变，通过增减重物的方式改变作用于小车的拉力F，测出小车相应的加速度a，则可得a与的关系;若保持拉力F不变，通过在小车上增减砝码的方式改变小车的质量m，测出相应的加速度a，则可得a与m的关系。实验设计有一个关键点:如何测量小车受到的合外力?常用方法是将木板一端垫高，使小车不挂重物时能匀速运动，此时小车重力沿斜面的分力恰好抵消其所受摩擦力及其他阻力。同时，所挂重物的质量应远小于小车的质量。在此条件下，所挂的重物重力大小便可近似认为等于作用于小车的合外力大小。想想这是为什么。实验步骤(1)将小车置于带有定滑轮的木板上，将纸带穿过打点计时器后挂在小车尾部。(2)用薄垫块将木板一端垫高，调整其倾斜程度，直至小车运动时打点计时器在纸带上打出的点分布均匀为止。(3)在细绳一端挂上重物，另一端通过定滑轮系在小车前端。注意重物质量应远小于小车质量。(4)将小车靠近打点计时器后开启打点计时器，稍后再将小车由静止释放。打点计时器在纸带上打出一系列点，据此计算出小车的加速度。保持小车质量不变，增加重物的质量(重物总质量仍远小于小车质量)，重复实验，将小车所受的不同拉力与相应计算出的加速度记录下来。(5)保持重物不变，增加或减少小车上的砝码以改变小车的质量，重复实验，将小车的质量与相应的加速度记录下来。数据分析(1)小车质量m一定时，将所受拉力F与相应加速度a的实验数据填入表5-1中:拉力F一定时，将小车质量m与相应加速度a的实验数据填入表5-2中。(2)利用以上数据，在坐标纸上作出m不变时的a-F图像，并探究当F不变时，不同质量的物体对应的加速度的变化情况实验结论分析数据及图像，你得到的结论是:(1)对同一物体，当m不变时，与的关系是___________________________________________(2)对不同物体，当不变时，a与m的关系是___________________________________________讨论(1)本实验产生误差的主要原因是什么?(2)与同学讨论，为何在该实验中要垫高木板一端?为何所挂重物的质量要远小于小车质量?(若暂时没有结论，待学习完下一节内容后再进一步研究)(3)对探究方案有何改进建议?你还有其他设计方案吗?DIS实验室探究加速度与力、质量的关系实验设计和操作与上述实验类似，只不过测量小车的加速度时，不使用打点计时器，而是通过位移传感器、数据采集器在相连接的计算机上直接读出。完成相关实验操作，输入相关数据，计算机可直接显示小车质量不变时的a-F图像。将小车质量增加为原来的2倍，重复上述过程，画出不同质量的小车对应的a-F图像。分析图像，得出结论。节练习1.请参考教科书内容撰写“探究加速度与物体受力、物体质量的关系的实验报告，请对实验操作提出问题，并进行讨论。2.某实验小组在做本节的探究实验时，用质量分别为M、2M和3M的小车进行了实验并作出了如图所示的图像。根据图像，你能得到什么结论?(请写出两点)1.观察单个直线，可知当质量一定时，加速度和受力成正比;2.图中竖直虚线与三条图线相交，交点表示受力一定时，加速度与质量的关系，从图中可知受力一定时，质量越大，加速度越小。3.在“探究加速度与物体受力、物体质量的关系实验中，小车质量M和重物质量m分别选取下列四组值:①M=500g，m分别为70g、100g、125g、150g②M=500g，m分别为20g、30g、40g、50g。③M=200g，m分别为70g、75g、100g、125g④M-200g，m分别为30g、40g、50g、60g√在其他操作都相网且正项的情况下，通用___________组值测量后所作出的图像较准确。在选用此组值时，m取__________时实验误差较大。4.在“探究加速度与物休受力、物体质量的关系”实验中，甲、己两位同学作出的a-F图像分别如图中1和0所示，均明显超出了误差范围请从平衡摩擦力的角度分析出现这种状况的原因。*5.关于“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”的实验，试设计一个不需测量加速度a具体数值的实验方案。*6.为了探究受到空气阻力时物体运动速度随时间的变化规律，某同学采用了与“探究加速度与物体受力。物体质量的关系”实验类似的实验装置，如图(a)所示实验时，平衡小车与木板之间的摩擦力后，在小车上安装一薄板，以增大空气对小车运动的阻力。(1)往砝码盘中加入一小砝码，在释放小车_________(选填“之前”“之后”或“同时”)接通打点计时器的电源。(2)从纸带上选取若干计数点进行测量，计算得出