探究加速度與力和質(zhì)量的關系上課

1、牛頓第一定律：一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài),除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)。,牛頓第一定律，又稱慣性定律；物體保持原來勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)的性質(zhì)，稱為慣性；物體的慣性只和質(zhì)量有關，質(zhì)量越大，慣性越大。,,溫故知新:,由牛頓第一定律可知：,物體不受外力,所受合外力為零,,物體處于靜止或勻速直線運動狀態(tài)，即運動狀態(tài)不變。,那么設想：如果物體所受合外力不為零，則物體運動會怎樣？,,溫故知新:,物體不受力

2、時的運動情況,思考：物體加速度a和哪些因素有關？你是怎么知道的？,第二節(jié),探究加速度與力、質(zhì)量的關系,實驗：,學習目標 ：,1、學會通過實驗探究物體加速度與 力、質(zhì)量的關系,2、在實驗中掌握打點計時器的用法,3、對實驗數(shù)據(jù)進行科學處理 對實驗結果進行歸納分析,1、物體受到的合外力不為零是物體產(chǎn)生 加速度的原因，即力是物體產(chǎn)生加 速度的原因。,回憶分析,2、質(zhì)量也將決定物體加速度的大小。,加速

3、度大小與物體受力大小有關,加速度還與物體質(zhì)量有關,質(zhì)量一定時，受力越大，其加速度越大,受力一定時，質(zhì)量越小，其加速度越大。 這里的力指物體所受合力,●,●,明確幾個問題:,1.實驗要說明什么問題?,3.如何由實驗得出結論?,2.怎么設計這個實驗?,,a與F關系?,a與m關系?,,1.測量哪些量?,2.怎么測量?,數(shù)據(jù)處理,,控制一個量不變,,a、F、m,,,,m：,a:,F:,天平,打點計時器,物體所受的合力,研究方法

4、：控制變量法,,,保持物體的質(zhì)量不變，測量物體在不同作用下的加速度，分析加速度與合外力的關系。,,保持物體所受力合外力相同，測量不同質(zhì)量的物體在該力下的加速度，分析加速度與質(zhì)量的關系。,制定實驗方案、設計實驗,小車、打點計時器、紙帶、學生電源、一端帶滑輪的長木板、細線、刻度尺、天平、鉤碼,2.物體的質(zhì)量用＿＿測量,天平,1.怎樣測量物體的加速度？,3.怎樣給小車提供一個恒定的合力？,,實驗器材：,實驗裝置圖,例：,,平衡摩擦

5、力,將長木板不帶滑輪一端適當墊高，使小車的重力沿斜面向下的分力與摩擦力平衡。,怎樣就算平衡好摩擦力了？,4.如何測定小車受到的合力？,5.繩子拉力大小＿＿＿?鉤碼的重力。,小于,6.什么情況下，繩子拉力近似等于鉤碼重力即小車所受的合力？,理論計算發(fā)現(xiàn)：當鉤碼質(zhì)量比小車質(zhì)量小很多時（ ），繩子拉力近似等于鉤碼重力即小車所受的合力,,實驗裝置圖,方案一：,實驗探究,1.探究加速度與合力的關系,,實驗基本思路：保持小

6、車的質(zhì)量不變，測量小車在不同作用下的加速度，分析加速度與合力的關系。,做實驗 、得數(shù)據(jù)、填表格一、作圖象、進行分析、形成結論,怎樣改變合力？,0.10 0.146,0.20 0.302,0.30 0.428,0.40 0.592,0.50 0.751,,,如何更處理數(shù)據(jù)？直觀地,2.探究加速度與質(zhì)量的關系,,實驗基本思路：保持小車所受合力相同，測量不同質(zhì)量的小車在該力下的加速度，分析加速度與質(zhì)量的關系。,做實驗 、得數(shù)據(jù)、填表格

7、二、作圖象、交流分析、形成結論,怎樣改變小車的質(zhì)量？,,,,實驗須知：,1.平衡摩擦力2.小車開始時要靠近打點計時器3. 探究a與F關系時，可在小車上放兩個的鉤碼,F=m’g g=9.8m/s24.小車質(zhì)量m= g，各種鉤碼質(zhì)量看標注5.打點計時器打點周期T=0.02s,小結,探究加速度與力、質(zhì)量的關系,1.研究方法：,2.數(shù)據(jù)處理方法：,3.結論：,控制變量法,圖象法,a∝F a∝1/m,,,1．整

8、個實驗平衡了摩擦力后，不管以后是改變小盤和砝碼的質(zhì)量還是改變小車和砝碼的質(zhì)量，都不需要重新平衡摩擦力．平衡摩擦力是指使小車所受動力(小車重力沿斜面方向的分力)與小車所受阻力(包括小車所受摩擦力和打點計時器對小車之后所拖紙帶的摩擦力)大小相等．平衡摩擦力時，應在小車后拖上紙帶，先接通電源，再用手給小車一個初速度，若在紙帶上打出的點的間隔是均勻的，則表明平衡了摩擦力，否則必須重新調(diào)整小木板的位置．,實驗注意事項,2．平衡摩擦力后，每次實驗時

9、必須滿足在小車上所加砝碼的質(zhì)量遠大于砝碼和小盤的總質(zhì)量的條件下進行．只有如此，砝碼和小盤的總重力才可視為與小車受到的拉力相等．,3．改變拉力和小車質(zhì)量后，每次開始時小車應盡量靠近打點計時器(或盡量遠離定滑輪的一端)，并應先接通電源，再放開小車，且在小車到達定滑輪前應按住小車．4．各紙帶的加速度a，都應是該紙帶的平均加速度．5．作圖象時，要使盡可能多的點在所作直線上，不在直線上的點應盡可能對稱分布在所作直線的兩側．,1．小車質(zhì)量m應

10、比重物的質(zhì)量m′大得多，其原理將在后面的牛頓運動定律的應用中專門討論．二者差距越小，圖象線性越差．2．夾口的密合性能差是造成誤差的原因之一．由于小車的質(zhì)量和速度較大，夾子不易夾住小車的后拖線；有些時候夾子夾住一根拖線，而另一根未被夾住，對應小車仍向前運動，這些都是造成位移誤差的原因．,3．小車運動停止時不能與定滑輪相碰，如果小車碰到定滑輪才松手讓夾子夾住拖線，則與定滑輪相碰的小車位移偏小，產(chǎn)生誤差．,誤差分析,用如下圖所示的裝置研究在

11、作用力F一定時，小車的加速度a與小車質(zhì)量M的關系，某位同學設計的實驗步驟如下：,A．用天平稱出小車和小桶及內(nèi)部所裝砂子的質(zhì)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砂桶D．將電磁打點計時器接在6 V電壓的蓄電池上，接通電源，放開小車，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(zhì)量E．保持小桶及其中砂子的質(zhì)量不變，增加小車上的砝碼個數(shù)，并記錄每次增加后的M值，重復上述實驗F．分析每條紙帶，測量并計算出加速

12、度的值G．作a－M關系圖象，并由圖象確定a－M關系,(1)該同學漏掉的重要實驗步驟是________，該步驟應排在________步實驗之后．(2)在上述步驟中，有錯誤的是________，應把________改為________．(3)在上述步驟中，處理不恰當?shù)氖莀_______，應把________改為________．,【解析】　實驗中把小桶及其中砂子的重力看做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．電磁打

13、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以下交流電壓的學生電源上．作a－M關系圖象，得到的是雙曲線，很難作出正確的判斷，必須“化曲為直”，改作a－關系圖象．,【答案】　(1)該同學漏掉的重要實驗步驟是平衡摩擦力，該步驟應排在按圖裝好實驗器材即B步實驗之后．(2)在上述步驟中，有錯誤的是步驟D，應把6 V電壓的蓄電池改為6 V以下交流電壓的學生電源．(3)在上述步驟中，處理不恰當?shù)氖遣襟EG，應把a－M改為a－,在探究

14、加速度和力的關系時，我們使用了兩個完全相同的小車，水平拉小車的繩的另外一端分別掛有不同數(shù)目的鉤碼，設鉤碼的數(shù)目與對小車的拉力成正比，且操作符合實驗要求．試根據(jù)下表中記錄的信息(表中小車位移單位為m)，得出加速度和力的關系.,【解析】　由于兩小車的運動可近似看成是初速度為零的勻加速運動，兩個小車運動的時間t相同，由位移公式x＝at2可知，加速度和位移成正比關系，也就是說，要知道加速度和力的關系,怎樣，只需得出位移和力的關系．由第一組數(shù)據(jù)可

15、以知道，拉力之比為1∶2，在誤差允許的范圍內(nèi)，位移之比為，近似為1∶2.同樣分析另外兩組數(shù)據(jù)，會得出同樣的結論，即拉力和位移成正比，也就是說加速度和力成正比關系．【答案】　加速度和力成正比,某實驗小組的幾名同學在探究加速度與物體的質(zhì)量以及外力關系的實驗中，當物體的質(zhì)量一定時，分別根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出了不同的實驗圖象，如下圖所示，下列說法中正確的是(　　),A．形成圖甲的原因是平衡摩擦力時長木板傾角過大B．形成圖乙的原因是平衡摩擦力時長木

16、板傾角過小C．形成圖丙的原因是平衡摩擦力時長木板傾角過大D．形成圖丁的原因是平衡摩擦力時長木板傾角過小【解析】　根據(jù)圖象可分析，甲、乙兩圖中，當外力F＝0時加速度a>0，則說明F＝0時已經(jīng)有加速度，,這說明木板傾角過大．木板的傾角越大，小車獲得的動力就越大，越容易出現(xiàn)甲、乙兩圖所對應的情況，因此選項A正確．丙、丁兩圖中，當加速度a＝0時外力F>0，即拉力不為零時加速度卻仍為零，這說明還有摩擦力沒有平衡掉，因此木板傾角過

17、小，選項 D正確．【答案】　AD,例3：若測得某一物體受力F一定時，a與M的關系數(shù)據(jù)如下表所示,例4實驗：在“探究加速度與力、質(zhì)量的關系”的實驗中，實驗裝置如下圖(1)所示．,宜昌市何老師（15997574932）理科教室,(1)為驗證小車質(zhì)量M不變時，a與F成正比．小車質(zhì)量M和沙及桶的質(zhì)量m分別選取下列幾組數(shù)值：應該用哪組效果會好(　　)A．M＝500g，m分別為50g、70g、100g125gB．M＝500g，m分

18、別為20g、30g、40g、50gC．M＝200g，m分別為50g、70g、100g125gD．M＝200g，m分別為30g、40g、50g、60g,(2)有兩位同學通過測量作出a－F圖象，如上圖(2)所示甲、乙中的A、B圖線．試分析：A圖線不通過坐標原點的原因是______________________________________；A圖線上部彎曲的原因是________________________________

19、____________；B圖線在縱軸上有截距的原因是______________________________________．,答案：(1)B(2)①沒有平衡摩擦力或摩擦力平衡不夠②未滿足沙和沙桶質(zhì)量m遠小于小車的質(zhì)量M③平衡摩擦力時，長木板傾角過大，小車沿斜面向下分力大于摩擦力，使尚未對小車施加力時，小車已有加速度．,解析：實驗時，需要物體的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量，效果才顯著．自然界中存在摩擦的影響，所以，要平衡摩擦力，

20、這樣畫出的應是過原點的一條傾斜向上的直線．為減小實驗誤差應使M?m，為此選B組數(shù)值誤差較小，所畫的a－F圖線就會比較準確．,規(guī)律總結：(1)實驗原理中設定為光滑水平面情形，所以實驗中應平衡摩擦力，若未平衡摩擦力或平衡不當就會帶來系統(tǒng)誤差．(2)實驗中若把沙和沙筒所受的重力mg當做小車和砝碼(總質(zhì)量為M)所受的拉力，須滿足m?M的條件，這個條件越不滿足，所帶來的系統(tǒng)誤差也就越大．,例5某同學用如左下圖所示的裝置探究物體的加速度與作用力的

21、關系時，他把砝碼的總重力作為小車的拉力，并依次測出了小車的加速度，然后畫出了如右下圖所示的圖象，該圖象雖是一條直線，但不通過坐標原點．請你分析一下原因，應如何改進實驗才能使實驗得出的結果通過坐標原點？,答案：由題圖可知，當拉力從0增到F0的過程中，物體的加速度為零，說明小車處于靜止狀態(tài)，因此必然存在一個力與拉力大小相等、方向相反，這個力一定是小車受到的摩擦力．可以使木板的一端抬高，使小車在木板上做勻速運動，這樣就可以消除摩擦力對實驗圖象

22、的影響．,一、加速度與力的關系保持物體的__________不變，測量物體在不同的力的作用下的__________，分析__________與__________的關系．,課時訓練,二、加速度與質(zhì)量的關系1．實驗的基本思路，保持物體所受的力相同，測量不同__________的物體在該力作用下的__________，分析__________與__________的關系．2．實驗數(shù)據(jù)的分析，設計第二個表格，把不同物體在________

23、__的作用下的加速度填在表中．在相同力的作用下，質(zhì)量m越大，加速度a越小．這可能是__________，但也可能是__________，甚至是更復雜的關系．如果以__________為縱坐標、__________為橫坐標建立坐標系，根據(jù)a－1/m圖象是不是__________，就能判斷加速度a是不是與質(zhì)量m成反比．,三、制定實驗方案的兩個問題這個實驗需要測量的物理量有：物體的加速度、物體所受的力、物體的質(zhì)量．__________可以用

24、天平測量，本實驗主要解決的主要問題是怎樣測量__________和怎樣提供與測量__________．,自主校對：一、質(zhì)量　加速度　加速度　力二、1.質(zhì)量　加速度　加速度　質(zhì)量　2.相同力　“a與m成反比”　“a與m2成反比”　a　1/m　過原點的直線三、質(zhì)量　加速度　物體所受的力,1．在用實驗探究加速度和力、質(zhì)量的關系時，下列關于實驗的思路和數(shù)據(jù)分析，正確的是(　　)A．實驗的基本思想是：保持物體的質(zhì)量不變，測量物體在不同力

25、作用下的加速度，分析加速度與力的關系．B．實驗的基本思想是：保持物體所受力相同，測量質(zhì)量不同的物體在該力作用下的加速度，分析加速度與質(zhì)量的關系,C．在處理實驗數(shù)據(jù)時，以a為縱坐標，F(xiàn)為橫坐標，根據(jù)數(shù)據(jù)在坐標系中描點，若這些點在一條過原點的直線上，說明a與F成正比D．在處理實驗數(shù)據(jù)時，以a為縱坐標，m為橫坐標，根據(jù)數(shù)據(jù)在坐標系中描點，若這些點在一條過原點的直線上，說明a與m成正比答案：ABC,解析：本實驗就是利用控制變量法得到a、F

26、、m三者的關系，A、B、C所述符合實驗的思路和道理，符合要求，故正確．,2．“探究加速度與力、質(zhì)量的關系”的實驗中，用改變沙子的質(zhì)量的辦法來改變對小車的作用力F，用打點計時器測出小車的加速度a，得出若干組F和a的數(shù)據(jù)，然后根據(jù)測得的數(shù)據(jù)作如右圖所示的a－F圖線，發(fā)現(xiàn)圖線既不過原點，也不是直線，原因是(　　),A．沒有平衡摩擦力，且小車質(zhì)量較大B．平衡摩擦力時，所墊木板太高，且沙子和小桶的質(zhì)量較大C．平衡摩擦力時，所墊木板太低，

27、且沙子和小桶的質(zhì)量較大D．平衡摩擦力時，所墊木板太高，且小車質(zhì)量較大答案：C,解析：根據(jù)題中圖象可知，平衡摩擦力時，所墊木板太低，圖象與橫軸的截距為摩擦力的大??；由圖象發(fā)生彎曲可以推斷出沙子和小桶的質(zhì)量較大，在下落時本身向下的加速度所需要的力使小車所受合力減?。?3．按實驗要求安裝好器材后，應按一定步驟進行實驗，下述操作步驟的安排順序不盡合理，請將合理的順序以字母代號填寫在下面橫線上：__________.A．保持小桶里沙子的總質(zhì)