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第
節
2
科學探究：加速度與力、質量的關系
高中物理 必修第一冊
第5章
1．學會用控制變量法研究物理規律。　
2．掌握利用圖像法處理數據的方法，探究加速度與力、質量的關系。　
3．學會與他人合作、交流完成探究過程和結果，提升科學推理論證的能力。
學習目標
1.力是改變物體運動狀態的原因
2.質量越大，慣性越大，物體的運動狀態越難改變
牛頓第一定律
a與物體的合外力F，m有關
引入
產生了a
體驗一
對某一物體，受到的力越大，其運動狀態越容易改變，即加速度越大。
在課本上撒一些碎紙片和一些小石子，用力使勁吹，觀察現象。
對不同的物體，受到相同的力，質量越小的，其運動狀態越容易改變，即加速度越大。
體驗二
m一定， a∝ F；
在課本上撒一些碎紙片，先用嘴輕吹，再用力使勁吹，觀察現象。
猜想與假設
思考：物體的加速度與力、質量有什么定量關系？
實驗的基本思路是什么呢？
實驗探究
探究加速度與力、質量的關系
“加速度”與“力”、“質量” 二個物理量均有關系，應該如何探究它們的關系？
控制變量法
保證質量一定，探究加速度與力的關系
保證合外力一定，探究加速度與質量的關系
實驗目的
定量探究加速度與力、質量的關系
實驗方法
實驗器材
帶滑輪的木板、薄墊塊、小車、細繩、重物（小鉤碼或沙桶）、打點計時器、紙帶、交變電流、天平、砝碼、刻度尺
實驗原理與設計
如何測量加速度、力、質量？
質量
天平
加速度
？
力
？
（1）物體的如何測量？
.
.
.
.
.
.
.
0
1
2
3
4
5
6
s
利用打點計時器進行實驗，根據紙帶上打出的點可測量加速度。
（2）如何提供并測量小車所受的恒力問題？
T
f
問題3：在探究之間的定量關系實驗中，隨小車質量的改變而改變，為了操作更方便、準確，該如何改進實驗方案？
問題1：在水平桌面上運動小車的合外力是由什么力提供？
問題2：如何得到繩子上的拉力及小車所受到的摩擦力f？
近似認為繩子上的拉力等于鉤碼的重力；小車所受的f等于小車勻速運動時的拉力。
消掉摩擦力
改進后的裝置圖
木板一端墊高，用重力的分力1將摩擦力f 平衡抵消掉
O
1
小車所受到的合外力等于細線上的拉力
粗糙斜面上，用懸吊重物的方法為小車提供拉力, 通過改變增減重物的質量就可改變小車受到的拉力。
思考1：繩子的拉力等于鉤碼的重力嗎？為什么？
不等于！因為鉤碼向下加速，所以繩子的拉力小于鉤碼的重力。
思考2：什么情況下鉤碼重力可以近似等于繩子拉力？
當砝碼質量比小車質量小得多時，繩子的拉力近似等于砝碼的重力，即小車受到合外力近似等于砝碼的重力。
控制變量法
保證質量一定，探究加速度與力的關系
保證合外力一定，探究加速度與質量的關系
如何改變合外力的大小？
通過改變懸掛鉤碼的數量來改變
如何改變運動物體的質量？
通過改變小車上砝碼的數量來改變
（1）用天平測出小車和小盤的質量 ，并把數據記錄下來(要求： )。
（2）按實驗裝置圖把實驗器材安裝好（但不要把懸掛小盤的細繩系在小車上）。
（3）平衡摩擦力。
（4）控制小車質量不變，用細線將鉤碼與小車相連（鉤碼質量遠小于小車質量），打開打點計時器，釋放小車，測出一組數據。
（5）改變鉤碼數量，多測幾組據。
（6）控制鉤碼質量不變，改變小車質量，再測幾組數據。
實驗步驟
數據處理
1. 探究加速度與合力的關系(保證小車質量不變)
實驗序號 加速度α(m/s2) 拉力
F(N)
1 0.10 0.146
2 0.20 0.302
3 0.30 0.428
4 0.40 0.592
5 0.50 0.751
如何處理數據能更直觀的得出結論？
F/ N
a/(m·s -2)
0.15
0.30
0.45
0.60
0.75
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
2. 探究加速度與質量的關系(保證小車合力不變)
實驗序號 加速度α(m/s2) 質量
m/kg
1 0.400 0.861
2 0.500 0.692
3 0.750 0.470
4 1.000 0.352
5 1.200 0.290
質量倒數
（kg-1）
2.50
2.00
1.33
1.00
0.83
m/ kg
a/(m·s -2)
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
/kg -1
a/(m·s -2)
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
實驗結論
F/ N
0.15
0.30
0.45
0.60
0.75
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
/kg -1
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
a/(m·s -2)
a/(m·s -2)
注意事項
（1）平衡摩擦時，不能掛重物。整個實驗過程只需平衡一次摩擦。
（2）實驗時，先接通電源，后釋放小車。
（3）為了保證細線的拉力等于小車受到的牽引力，細線要與木板保持平行。
（4）為了充分利用紙帶，每次開始時，小車應盡量靠近打點計時器，為防止小車翻到地面，要在小車碰到滑輪前用手擋住小車。
A.用天平稱出小車和小桶及內部所裝砂子的質量
B.按圖裝好實驗器材
C.把輕繩系在小車上并繞過定滑輪懸掛小桶
D.將電磁打點計時器接在6 V電壓的蓄電池上，接通電源，釋放小車，打點計 時器在紙帶上打下一系列點，并在紙帶上標明小車質量
E.保持小桶及其中砂子的質量不變，增加小車上的砝碼個數，并記錄每次增
加后的值，重復上述實驗
F.分析每條紙帶，測量并計算出加速度的值
G.作關系圖象，并由圖像確定的關系
例1(1)用如圖所示的裝置研究在作用力一定時，小車的加速度與小車(含砝碼)質量的關系，甲同學設計的實驗步驟如下：
解析:　實驗中把小桶及其中砂子的重力之和看成與小車所受拉力大小相等，沒有考慮摩擦力，故必須平衡摩擦力且應排在步驟B之后.電磁打點計時器接在6 V電壓的蓄電池上將無法工作，必須接在6 V以下交流電源上.作關系圖像，得到的是曲線，很難進行正確的判斷，必須“化曲為直”，改作關系圖象.
①甲同學漏掉的重要實驗步驟是 ，該步驟應排在步驟 之后.
②在上述步驟中，有錯誤的是步驟 ，應把 改為 。
答案
平衡摩擦力
B
③在上述步驟中，處理不恰當的是步驟 ，應把 改為 .
D
6 V電壓的蓄電池
6 V以下的交流電源
圖像
解析
圖像
(2)乙同學根據實驗要求安裝的實驗裝置如圖(圖為已接通電源剛要釋放紙帶的情況)，請改正乙同學的五個錯誤.
①電源 ；
②電磁打點計時器位置 ；
③滑輪位置 ；
④小車位置 ；
⑤長木板 。
答案
解析
應用6 V以下的交流電源
應靠右端
應使細繩平行于木板
應靠近打點計時器
應墊高右端以平衡摩擦力
解析：電磁打點計時器應使用低壓(6 V以下)交流電源，且要固定在長木板無滑輪的一端，即應靠右端；釋放小車時，小車應靠近打點計時器；連接小車的細繩應平行于木板，故應調節滑輪位置使細繩平行于木板；實驗時應平衡摩擦力，使小車所受重力沿木板方向的分力與小車所受摩擦力平衡，故應墊高長木板右端以平衡摩擦力。
例2　在“探究加速度與力、質量的關系”實驗中，某次實驗測得如下數據：當一定時，的關系如表一所示；當一定時，與 的關系如表二所示.
表一
F/N 1.00 2.00 3.00 4.00
a/(m·s－2) 1.90 3.95 5.85 7.62
表二
0.52 0.67 0.80 1.00
a/(m·s－2) 1.53 2.10 2.49 3.10
(1)在如圖所示的相應坐標系中，根據表一、表二所給數據作出圖像.
答案
(1)
答案
如圖所示
答案
(2)由圖象可以判定：當m一定時，a與F的關系成 ；當F一定時，a與m的關系成 .
(3)在研究的關系時，作了，而沒作，那么作 圖像的優點是
。
正比
反比
圖像是曲線，難以找出規律； 是直線，容易找出規律
數字計時器
拓展探究：利用氣墊導軌來探究
光電門
光電門1
光電門2
擋光板
1.研究方法
控制變量法
2.研究結論
本課小結
謝 謝！

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