(共12张PPT)
第四章
·
牛顿运动定律
2
实验：探究加速度与力、质量的关系
1
会用控制变量法研究物理规律
2
能够通过实验探究加速度与力、质量的关系
3
掌握利用图象处理实验数据的方法
力
是
使
物
体
运
动
状
态
改
变
的
原
因
力
是
使
物
体
速
度
改
变
的
原
因
力
是
使
物
体
产
生
加
速
度
的
原
因
回顾加速度的基本定义
猜想决定加速度的因素
一、实验原理：
1．探究方法——控制变量法
(1)控制小车的质量M不变，研究加速度与合外力的关系a∝F合。
(2)控制砝码和小盘的质量不变，即力F不变，改变小车的质量M，
研究加速度与质量的关系a∝M-1。
2．要测量的物理量
(1)小车与其上砝码的总质量M——用天平测出。
(2)小车受的拉力F——用天平测出小盘和盘内砝码的总质量m，由F＝mg算出。
(3)小车的加速度a——①通过打点计时器打出的纸带测算出。
二、实验器材
砝码，一端有定滑轮的长木板，细线，纸带，导线，夹子，小盘，天平，小车，打点计时器，交流电源，复写纸，刻度尺。
三、实验数据的记录
实验次数
加速度a/(m·s－2)
小车受力F/N
1
2
3
4
5
表格1：物体的质量一定，加速度与受力的关系
表格2：物体受到的外力一定，加速度与质量的关系
实验次数
加速度a/(m·s－2)
小车及砝码总重量的倒数M-1
1
2
3
4
5
四、数据处理
1．分析加速度和力的关系
依据表格1，以加速度a为纵坐标，以外力F为横坐标，作出a－F关系图象，由此得出结论：质量不变时，加速度与力成正比。
3．实验结论：物体的加速度与作用在物体上的合外力成正比，
与物体的质量成反比。
2．分析加速度和质量的关系
依据表格2，以加速度a为纵坐标，以小车及砝码的总质量M的倒数为
横坐标作出a－关系图象，据图象可以得出结论：受力一定时，
加速度与质量成反比。
五、实验前应注意的问题
1、平衡摩擦力
平衡摩擦力时不需挂上重物，且只要垫高度合适
不需重复平衡
2、小车质量应远大于砝码的质量
为保证小车拉力近似等于砝码重力，需满足这个条件。
实际实验时几十倍即可。
平衡摩擦力
探
究
加
速
度
与
力
、
质
量
的
关
系
猜想
与力成正比
与质量成反比
设计实验
进行实验
控制变量法
打点计时器的使用
平衡摩擦力
小车质量远大于砝码质量《实验：探究加速度与力、质量的关系》
牛顿第二定律是动力学的核心规律，是本章重点和中心内容，而探究加速度与力和质量的关系是学习下一节的重要铺垫。教材中实验的基本思路是采用控制变量法。即在保证质量或外力不变的基础上去探究加速度与力和质量的关系。
本实验要测量的物理量有质量、加速度和外力。测量质量用天平，需要研究的是怎样测量加速度和外力。
（1）测量加速度的方案：采用较多的方案是使用打点计时器，因第二章使用过，学生自然会想到用该器材测加速度。根据连续相等的时间T内的位移之差Δx=aT2求出加速度。条件许可也可以采用气垫导轨和光电门。也可由求加速度a。
（2）提供并且测量物体所受的外力的方案：由于我们上述测量加速度的方案只能适用于匀变速直线运动，所以我们必须给物体提供一个恒定的外力，并且要测量这个外力。但测力有一定困难，还需平衡摩擦，教材的参考案例提供的外力比较容易测量。
对实验结果的分析是本实验的关键。如果根据实验数据描出的a-F图象和a-1/m图象都非常接近一条通过原点的直线，也只能说我们的实验结果是“在质量不变的条件下，加速度与外力成正比；在外力不变的条件下，加速度与质量成反比。”这一结果决不能说找出了定律，一个定律的发现不可能是几次实验就能得出的。
【知识与技能】
1.理解探究加速度与力、质量的关系的合理性和必要性。
2.理解实验思路的合理性，以及用图象处理实验数据的有效性。
3.经历实验的操作和测量过程，以及通过图象处理实验数据的过程，体验如何平衡摩擦阻力、减少系统误差的操作方法。
【过程与方法】
1.指导学生用控制变量法进行实验,探究加速度和力、物体质量的关系.
2.学生自己设计实验，自己根据自己的实验设计进行实验．
3.对实验数据进行处理，看一下实验结果能验证什么问题，
【情感态度与价值观】
1.通过探究实验，培养实事求是、尊重客观规律的科学态度．
2.通过实验探究激发学生的求知欲和创新精神．
3.培养与人合作的团队精神．
教学重点：
1.控制变量法的使用．
2.如何提出实验方案并使实验方案合理可行．
3.实验数据的分析与处理．
教学难点
1.如何提出实验方案并使实验方案合理可行．
2.实验数据的分析与处理．
多媒体课件，小车、一端带定滑轮的长木板、附小盘的细线两条；钩码、砝码、刻度尺；文件夹；粗线绳(用来牵引小车)．打点计时器、学生电源、纸带等。
一、新课引入
1、回顾加速度的基本定义概念
①描述物体速度变化的快慢程度；
②用物体在一段时间内的速度变化量与时间的比值来定义
③定义式：，但不能认为加速度与速度变化成正比，与时间成反比
2、猜想与假设
问题：加速度是由什么物理量来决定的呢？
学生讨论思考：①汽车的启动和刹车问题②短跑运动员的启动问题等
得出：物体加速度与力和质量有关，且力越大，加速度越大；质量越大，加速度越小。
教师追问：那是不是加速度与力成正比，与质量成反比呢？
二、新课教学
1、探究质量一定时，加速度与力的关系
问题1：如何计算加速度？
可由纸带上的点迹通过逐差法求出。
问题2：如何给小车提供外力？
由重物通过细绳牵引，提供外力。
教师追问：①拉力是小车的合外力吗？
②重物重力是小车的合外力吗？
如果不是，我们应该怎么做呢？
师生共同讨论得到：应平衡摩擦力（教师通过投影讲解平衡摩擦力的原理和方法）。
教师讲解：如果木板垫高的角度已可以平衡摩擦力，当改变小车质量时不需重新平衡；若要用重物重力代替小车拉力，应满足小车质量远大于重物质量。
问题3：如何记录数据？
次数
拉车砝码(g)
加速度a1
1
2
3
4
5
问题4：如何处理数据？
建立a-F图像，采用拟合图像的一般方法看图像是否为过原点的倾斜直线
2、保持外力一定，探究加速度与质量的关系
问题1：如何记录数据？
问题2：如何处理数据？
次数
小车质量(g)
加速度a1
1
2
3
4
5
建立a-M-1图像，看图像是否为过原点的倾斜直线。
3、学生进行实验，教师辅导答疑。
4、学生完成实验，汇报实验结果。
三、课堂小结
请学生小结本节课学习到的知识、方法及实验体验，并突出几个重要问题。
四、板书设计
实验：探究加速度与力、质量的关系
一、猜想：加速度由哪些物理量来决定？
二、设计实验与进行实验
1、打点计时器的使用
2、平衡摩擦力
略
教材分析
教学目标
教学重难点
课前准备
教学过程
教学反思《实验：探究加速度与力、质量的关系》同步练习
1、“控制变量法”是物理中常用的探索问题和分析解决问题的科学方法之一。在探究加速度与力、质量的关系的实验中，我们就用到了“控制变量法”。下列说法中，你认为符合实际的是（
）
A．通过同时改变小车的质量m及受到的拉力F的研究，能归纳出加速度、力、质量三者之间的关系
B．通过保持小车的质量不变，只改变小车的拉力的研究，就可以归纳出加速度、力、质量三者之间的关系
C．通过保持小车受力不变，只改变小车质量的研究，就可以得出加速度、力、质量三者之间的关系
D．先保持改变小车质量不变，研究加速度与力的关系；再保持改变力不变，研究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度、力、质量三者之间的关系
2、探究“加速度与力、质量的关系”的实验装置如图所示。为了消除小车与水平面之间摩擦力的影响，应采取的做法是（
）
A．将木板不带滑轮的一端适当垫高，使小车在钩码拉动下恰好做匀速运动
B．将木板带滑轮的一端适当垫高，使小车在钩码拉动下恰好做匀速运动
C．使木板不带滑轮的一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀速运动
D．使木板不带滑轮的一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车能够静止在木板上
3、（多选）在“探究加速度与力、质量的关系”这一实验中，甲、乙两位同学根据实验数据画出的小车的加速度a和小车所受拉力F的图像分别为图中的直线Ⅰ和直线Ⅱ，直线Ⅰ、Ⅱ在纵轴或横轴上的截距较大，明显超出了误差范围，下面给出了关于形成这种情况原因的四种解释，其中可能正确的是（
）
A．实验前甲同学没有平衡摩擦力
B．甲同学在平衡摩擦力时把长木板的末端抬得过高了
C．实验前乙同学没有平衡摩擦力
D．乙同学在平衡摩擦力时，把长木板的末端抬得过高了
4、(多选)在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，关于小车所受的合力，下列叙述中正确的是( )
A．小车所受的合力就是所挂小盘和重物的总重力
B．小车所受合力的大小等于小盘与重物通过细绳对小车施加的拉力
C．只有平衡摩擦力后，小车所受合力才等于细绳对小车的拉力
D．只有平衡摩擦力后，且当小车的质量m远大于小盘与重物的总质量m0时，小车所受合力的大小才可认为等于小盘与重物的总重力
5、(多选)在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，采用如图所示的装置．则下列说法中正确的是( )
A．本实验主要采用控制变量的方法来研究加速度与力、质量的关系
B．在探究加速度与外力的关系时，应该改变小车的质量
C．在探究加速度与质量的关系时，作出a－图象能更直观判断出二者间的关系
D．无论在什么条件下，细线对小车的拉力大小总等于砝码盘和砝码的总重力大小
6、如图所示，在研究牛顿第二定律的演示实验中，若1、2两个相同的小车所受拉力分别为F1、F2，车中所放砝码的质量分别为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＝2x2
B．当m1＝m2、F1＝2F2时，x2＝2x1
C．当F1＝F2、m1＝2m2时，x1＝2x2
D．当F1＝F2、m1＝2m2时，x2＝2x1
7、有四个实验小组完成用“控制变量法”探究“加速度与物体质量的关系”的实验时：
（1）实验过程中，需要保持
不变。
（2）（多选）为了验证“加速度与物体质量成反比”的猜想，采用图象法处理数据。图乙是四个小组描绘出的不同图象，你觉得能够准确验证上述猜想的图象有（
）
（3）某小组用接在50Hz交流电源上的打点计时器测定小车的加速度时，得到一条如图所示的纸带，按时间顺序取0、1、2、3、4、5、6共7个计数点。0到6每相邻两记数点间各有四个打印点未画出。测得相邻计数点的距离依次为s1=1.40cm，s2=1.90cm，s3=2.38cm，s4=2.88cm，s5=3.39cm，s6=3.87cm。则物体的加速度__________m/s2。(结果保留两位有效数字)
8、用如图所示的装置研究在作用力F一定时，小车的加速度a与小车质量M的关系，某位同学设计的实验步骤如下：
A．用天平称出小车和小桶及内部所装砂子的质量；
B．按图装好实验器材；
C．把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂砂桶；
D．将电磁打点计时器接在6
V电压的蓄电池上，接通电源，放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，并在纸带上标明小车的质量；
E．保持小桶及其中砂子的质量不变，增加小车上的砝码个数，并记录每次增加后的M值，重复上述实验；
F．分析每条纸带，测量并计算出加速度的值；
G．作a M关系图象，并由图象确定a M关系．
(1)该同学漏掉的重要实验步骤是
，该步骤应排在
步骤之后．
(2)在上述步骤中，有错误的是
，应把
改为
．
(3)在上述步骤中，处理不恰当的是
，应把
改为
．
9、利用计算机辅助实验系统可定量研究加速度a与作用力F及小车质量m的关系.
(1)当小车质量m一定时，测得小车在不同拉力F作用下运动的加速度a.得到如图甲所示的a F图线后，并由此得出结论：
．
甲
乙
(2)当作用力F一定时，测得小车加速度a与小车质量m的关系．如表所示.
a/(m·s－2)
4.0
2.7
2
1.6
1.3
1.0
m/kg
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.8
为了清晰明确的研究a与m的准确的定量关系，在如图乙图象的横轴括号中，应填上对应的物理量的符号为
，并得出结论：
．
10、在探究加速度与力、质量的关系实验中，采用如图所示的实验装置，小车及车中砝码的质量用M表示，盘及盘中砝码的质量用m表示，小车的加速度可由小车拖动纸带打上的点计算出．
(1)当M与m的大小关系满足________时，才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘及盘中砝码的重力．
(2)一组同学在做加速度与质量的关系实验时，保持盘及盘中砝码的质量一定，改变小车及车中砝码的质量，测出相应的加速度，采用图象法处理数据．为了比较容易地观测加速度a与质量M的关系，应该作a与________的图象．
(3)乙、丙同学用同一装置做实验，画出了各自得到的a图线如图所示，两个同学做实验时的哪一个物理量取值不同？( )
A．拉力F B．质量M
答案与解析
1、答案：D
解析：本实验利用控制变量的方法探究加速度与力、质量的关系，即先控制力不变，看加速度与质量的关系；再控制质量不变，看加速度与力的关系
2、答案：C
解析：平衡摩擦力即利用小车的下滑分力平衡滑动摩擦力，所以要把长木板不带滑轮的一端适当垫高，使小车不挂重物时恰好能做匀速运动。
3、答案：BC
解析：由甲图可知，当不提供拉力时，小车已获得一定的加速度，说明木板垫得过高；由乙图可知，当施加一定拉力时，木板才有加速度，说明乙可能没有平衡摩擦力或木板垫得过低。
4、答案：CD
解析：小盘与重物的总重力不能说成是小车所受的合外力，故选项A错误．由于小车下滑必受摩擦力作用，平衡摩擦力之后，实际上是mgsinθ＝Ff(mgsinθ为小车重力沿斜面方向的分力，Ff为小车所受的摩擦力)，此时，小车所受合力等于细绳的拉力，故选项B错误，选项C正确．又因为小盘与重物拉动小车共同加速运动，细绳对小车的拉力并不等于小盘与重物的总重力．可以证明只有当小车的质量m远大于小盘与重物的总质量m0(即m m0)时，细绳中的拉力才可近似等于小盘与重物的总重力，也只有平衡了摩擦力之后，小车所受合力才近似等于小盘与重物的总重力，故选项D正确．
5、答案：AC
解析：在研究物体的“加速度、作用力和质量”三个物理量的关系时，由于变量较多，因此采用了“控制变量法”进行研究，分别控制一个物理量不变，看另外两个物理量之间的关系，故选项A正确；在探究加速度与外力的关系时，应该保持小车的质量不变，故选项B错误；要直观地反映两个物理量之间的关系，可以通过作图来解决．但是只有作出一条直线，才可以直观地反映两个变量之间的关系．在探究加速度a与质量m的关系时，为了直观判断二者间的关系，应作出a－图象，故选项C正确；当小车的质量远大于砝码盘和砝码的总质量时，才能近似认为细线对小车的拉力大小等于砝码盘和砝码的总重力大小，故选项D错误．
6、答案：A
解析：本题中只说明了两小车是相同的，并未告诉小车的质量是多少．当m1＝m2时，两车加砝码质量仍相等，若F1＝2F2，则a1＝2a2，由x＝at2，A项对．若m1＝2m2时，无法确定两车加砝码后的质量关系，两小车的加速度关系也就不明确，故无法判定两车的位移关系．
7、答案：(1)合外力
（2）
B
（3）利用逐差法得：a=0.50m/s2
8、【解析】 本题主要考查对实验原理和实验步骤的理解和分析，实验中把小桶及其中砂子的重力看做与小车所受拉力大小相等，没有考虑摩擦力，故必须平衡摩擦力．电磁打点计时器接在6
V电压的蓄电池上将无法工作，必须接在6
V以下交流学生电源上．作a M关系图象，得到的是双曲线，很难作出正确的判断，必须“化曲为直”，改作a 关系图象．
【答案】 (1)平衡摩擦力 B
(2)步骤D 6
V电压的蓄电池 6
V以下交流学生电源
(3)
步骤G a M a
9、【解析】 (1)当小车质量m一定时，a F图象是过原点的直线，根据图象结合数学知识可知：质量一定，加速度与外力成正比．
(2)根据牛顿第二定律可知F＝ma，因此若画出a 的关系，可以更加直观的得出结论，具体图象如下所示：
因此由图象可知：外力一定，加速度与质量的倒数成正比，即与质量成反比．
【答案】 (1)质量一定，加速度与外力成正比
(2) 外力一定，加速度与质量成反比
10、解析：(1)以整体为研究对象有：mg＝(m＋M)a 解得：a＝，以M为研究对象有绳子的拉力为：F＝Ma＝
显然要有F＝mg必有m＋M＝M，故有M m，即只有M m时才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘和盘中砝码的重力．
(2)根据F＝Ma可得a＝F，故为了比较容易地观测加速度a与质量M的关系，应该做a与的图象．
(3)根据a＝F，图象的斜率等于盘及盘中砝码的重力，乙的斜率较大，故乙中盘及盘中砝码的质量较大．
答案：(1)M m (2) (3)A
选择题
F
a
O
II（乙）
I（甲）
填空题
a
m
O
O
a
A
F
A
v
F
eq
\f(1,m)
O
eq
\f(1,a)
O
eq
\f(1,m)
O
eq
\f(1,a)
m
A
B
C
D
B
A
F
A
v
F
实验探究题
选择题
填空题
实验探究题
