4-2探究：加速度与力、质量的关系(共19张ppt)

(共19张PPT)
§4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系
复习回顾
1、牛顿第一定律：
一切物体总保持匀速直线运动或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态为止。
2、惯性体现物体运动状态改变的难易程度，其大小由什么决定？
物体的质量是惯性大小的唯一量度。质量越大，运动状态越不容易改变。
思考：
1、物体的运动状态用哪个物理量描述？
速度
物体运动状态的改变又可以用哪个物理量来描述
加速度
思考：
2、物体的加速度a可能和哪些因素有关
M
F
m
F
M>m
结论：当力一定时，物体的加速度随着质量的增大而减小。
M
F1
M
F2
F1>F2
结论：当物体质量一定时，物体的加速度随着力的增大而增大。
3、加速度a与力F 、质量m存在怎样的定量关系呢
m一定， a∝ F； F一定， a∝1/m。
假设和猜想：
一、确定研究方法
应该采用什么样的物理方法来研究a与F、m的定量关系呢
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。
研究方法：控制变量法
二、实验设计
实验器材:
打点计时器、纸带及复写纸、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘和砝码、细绳、交流电源、天平(带有一套砝码)、刻度尺。
研究对象，可用天平测出其质量M
钩码的质量m，其总重力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
1、怎样测小车所受到的拉力？
2、怎样消除小车受到的摩擦力影响？
当钩码质量m远远小于小车的质量M时,即m《 M，可认为钩码重力近似等于绳子拉力，用以表示小车受到的合外力F.
平衡摩擦力
G
G1
FN
f
G1=f.
将木板适当倾斜（垫上薄木块），使小车在不受拉力作用时（不挂钩码，但要连接纸带）能拖着纸带在木板上近似做匀速直线运动.
实验条件：
平衡摩擦力的方法：
当钩码质量m远远小于小车的质量M,即m《 M时，可认为钩码重力近似等于绳子拉力，用以表示小车受到的合外力F
思考：平衡摩擦力f后。如果仅改变小车的质量，还需要再次平衡摩擦力吗？
三、实验步骤:
1.用天平测出小车的质量M;
2.安装好实验装置，在小车上装好纸带（不挂钩码），
纸带另一端穿过计时器限位孔，调整木板倾斜程度，
直到小车拖着纸带做匀速直线运动，从而平衡摩擦力;
3.控制小车质量不变，用细线将钩码与小车相连，打开打点计时器，释放小车，测出一组数据;
4.改变钩码质量m（钩码质量远小于小车质量），多测几组数据;
5.控制钩码质量不变，改变小车质量（不需再平衡摩擦力），再测几组数据.
F/ N
a/m·s -2
0.15
0.30
0.45
0.60
0.75
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
四、数据处理
当小车质量不变时 次数 F/N a/m ·s -2
1
2
3
4
5
0.10 0.146
0.20 0.302
0.30 0.428
0.40 0.592
0.50 0.751
如何更直观地处理数据？
m/ kg
a/ms -2
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
次数 m/kg a/m.s -2
1
2
3
4
5
/kg -1
2.50
2.00
1.33
1.00
0.83
a/m·s -2
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
/kg -1
m
1
0.400 0.861
0.500 0.692
0.750 0.470
1.000 0.352
1.200 0.290
当拉力不变时
m
1
怎样化曲线为直线？
五、误差分析
六、注意事项
(1)在本实验中，必须平衡摩擦力，方法是将长木板的一端垫起，而垫起的位置要恰当．在位置确定以后，不能再更换倾角．
(2)改变m和M的大小时，每次小车开始释放时应尽量靠近打点计时器，而且先通电再放小车．
(3)作图时，要使尽量多的点在直线上，不在直线上的点应对称分布在直线的两侧，误差较大的舍去.
其他设计方案
以小车、一端带滑轮的长木板、粗线、砝码、钩码、天平、刻度尺、宽口夹子为实验器材，研究小车的运动。
参考方案二:利用气垫导轨来探究
光电门1
光电门2
挡光板
△x
X/t
参考方案三:利用气垫导轨来探究
*
*
光电门
数字计时器
气垫导轨
实验后根据实验数据作出了a—F关系图线如图甲、乙所示；请分析其原因各是什么？
甲
乙
没加拉力就产生了加速度，说明导轨有定滑轮的一端低，另一端高，即平衡摩擦力时导轨与水平面的夹角太大。
当加一定的拉力后，还没产生加速度，说明有较大的摩擦力影响，说明还没有平衡摩擦力或是平衡摩擦力不足。