4.2　实验：探究加速度与力、质量的关系(共30张PPT)

(共31张PPT)
探究加速度与力、质量的关系
控制变量法
m一定
a—F
F一定
a—m
（一）实验探究：
1、实验方法
：
2、实验数据分析方法：
画出a-F和a-1/m的图像
实验探究
问题1
如何测量加速度？
问题2
如何测量小车受到的拉力？
问题3
如何减小摩擦力的影响？
方案一：
问题4、绳子的拉力等于钩码的重量吗？
为什么？
不等于！因为钩码向下加速，所以绳
子的拉力小于钩码的重力。
问题5、什么情况下钩码重力可以近似等于
绳子拉力即小车所受的合外力？
当砝码质量比小车质量小得多时，绳子的拉力近似等于砝码的重力，即小车受到合外力近似等于砝码的重力。
实验过程
3
（1）用天平测出小车和小盘的质量
M
和m，并把数据记录下来(要求：M
?m
)
（2）按实验装置图把实验器材安装好（但不要把悬挂小盘的细绳系在小车上）
（3）平衡摩擦力
（4）把细绳系在小车上，并绕过定滑轮，先通电源再放开小车，取下纸带，并标注牵引力
（5）保持小车质量不变，在小盘内放入质量为m1的小物体，重复上述实验
（6）重复上述实验多次后，停止实验，整理器材
实验探究
数据处理
数据分析
2
用纵坐标表示加速度
a，横坐标表示牵引力F
作a
—
F
图象
次数
牵引力F/N
加速度a
1
2
3
4
5
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.30
0.10
0.15
0.21
0.26
F/N
a/m·s－2
0
0.10
0.20
0.30
0.40
0.20
0.40
0.60
a
—
F
图象是一条过原点的倾斜直线
a
∝F
(2)把不同质量(小车与车内砝码的总质量)的小车在相同力作用下产生的加速度填在下表中：
实验次数
加速度a/(m·s－2)
小车的总质量m/kg
1
2
3
4
由以上数据画出它的a－m图象及a－
图象，如图
实－4－3甲、乙所示．
图实－4－3
通过a－m和a－
关系图象，我们可以得出小车的加速度a与质量m成反比，与质量的倒数
成正比．
4、注意事项：
1）小桶和砝码的质量要远远小于小车的质量，这样小车受到的拉力才近似等于砝码的质量
2）要将长木板的一端适当垫高，用小车的重力的分力将摩擦力平衡。在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细线系在小车上，即不要给小车加任何牵引力，并要让小车拖着打点的纸带匀速运动．
3）每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，再放开小车，且应在小车到达滑轮前按住小车
4）作图时，要使尽可能多的点在所作直线上，不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线两侧．
例一、如图所示为某同学所安装的“验证牛顿第二定律”的实验装置，在图示状态下，开始做实验，该同学有装置和操作中的主要错误是________．
B
(3)另两组同学保持小车及车中的砝码质量M一定，探究加速度a与所受外力F的关系，由于他们操作不当，这两组同学得到的a－F关系图象分别如下图甲、乙所示，其原因分别是：
甲图：_________________________；
乙图：__________________________。
甲
乙
m过大(或M过小)，造成m不是远小于M
没有平衡摩擦力或木板的倾角过小
例三、(2012·高考安徽卷)图甲为“验证牛顿第二定律”的实验装置示意图．砂和砂桶的总质量为m，小车和砝码的总质量为M.实验中用砂和砂桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小．
(1)实验中，为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，先调节长木板一端滑轮的高度，使细线与长木板平行．接下来还需要进行的一项操作是
(　　)
A．将长木板水平放置，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，给打点计时器通电，调节m的大小，使小车在砂和砂桶的牵引下运动，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动
B．将长木板的一端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，撤去砂和砂桶，给打点计时器通电，轻推小车，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动
C．将长木板的一端垫起适当的高度，撤去纸带以及砂和砂桶，轻推小车，观察判断小车是否做匀速运动
B
(2)实验中要进行质量m和M的选取，以下最合理的一组是
(　　)
A．M＝200
g，
m＝10
g,15
g,20
g,25
g,
30
g,
40
g
B．M＝200
g，
m＝20
g,40
g,60
g,80
g,100
g,120
g
C．M＝400
g，
m＝10
g,15
g,20
g,25
g,
30
g,
40
g
D．M＝400
g，
m＝20
g,40
g,60
g,80
g,100
g,120
g
C
(3)图乙是实验中得到的一条纸带，A，B，C，D，E，F，G为7个相邻的计数点，相邻的两个计数点之间还有四个点未画出．量出相邻的计数点之间的距离分别为sAB＝4.22
cm，sBC＝4.65
cm，sCD＝5.08
cm，sDE＝5.49
cm，sEF＝5.91
cm，sFG＝6.34
cm.已知打点计时器的工作频率为50
Hz，则小车的加速度a＝________m/s2(结果保留两位有效数字)．
0.42
例四、(2012·舟山模拟)在探究“加速度与力、质量的关系”的实验中：
该同学顺利地完成了实验．如图是他在实验中得到的一条纸带，图中相邻两计数点之间还有4个点未画出来，交流电的频率为50Hz，，由图中的数据可算得小车的加速度a为______
m/s2.(结果取两位有效数字)
0.20
方案二：
利用气垫导轨来探究加速度与力、质量的关系
图
2:
光电门
图
2
:滑块和挡光片
光电门1
光电门2
挡光板
△x
X/t
(1)由甲图中刻度尺读出两个光电门中心之间的距离s，由乙图中游标卡尺测得遮光条的宽度d.
该实验小组在做实验时，将滑块从甲图所示位置由静止释放，由数字计时器可以读出遮光条通过光电门1的时间Δt1，遮光条通过光电门2的时间Δt2，则滑块经过光电门1时的瞬时速度的表达式v1＝____，滑块经过光电门2时的瞬时速度的表达式v2＝___，则滑块的加速度的表达式a＝_____.(以上表达式均用字母表示)
例五、某实验小组利用如甲图所示的实验装置来探究当合外力一定时，物体运动的加速度与其质量之间的关系．
(2)在本次实验中，实验小组通过改变滑块质量总共做了6组实验，得到如下表所示的实验数据．通过分析表中数据后，你得出的结论是________.
m/g
a/(m·s－2)
250
2.02
300
1.65
350
1.33
400
1.25
500
1.00
800
0.63
(3)现需通过图象进一步验证你的结论，请利用表格数据，在图中的坐标系中描点作出相应图象．
小车
小车
夹子
Ｆ
Ｆ
方案三：
课本上参考案例中的实验方案
由于两小同时启动、同时停止,故运动时间相同
m一定时：
F一定时：
只需验证：
（
）
（
）
m
光滑水平面
F
例六、(09台州)如图所示，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m1＝2m2、F1＝F2时，x1＝2x2
D．当m1＝2m2、F1＝F2时，x2＝2x1
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