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1、4.2 4.2 实验实验：探究加速度与力探究加速度与力、质量的关系质量的关系动力学的奠动力学的奠基者基者英国科英国科学家牛顿学家牛顿(1643-1727)问题问题2 2：根据牛顿第一定律，物体运动状态改变：根据牛顿第一定律，物体运动状态改变的原因是什么？的原因是什么？问题问题1 1：什么是物体运动状态的改变？：什么是物体运动状态的改变？力是改变物体运动状态的原因力是改变物体运动状态的原因力力力力运动状态改变运动状态改变运动状态改变运动状态改变速度变化速度变化速度变化速度变化加速度加速度加速度加速度力是产生加速度的原因力是产生加速度的原因问题问题3 3：物体运动状态改变的难易程度如何量度：物体运
2、动状态改变的难易程度如何量度?质量大的物体运动状态难改变，即惯性大。质量大的物体运动状态难改变，即惯性大。质量是物体惯性大小的量度。质量是物体惯性大小的量度。导入猜想猜想猜想猜想1 1：加速度的大小与力有什么关系？：加速度的大小与力有什么关系？：加速度的大小与力有什么关系？：加速度的大小与力有什么关系？猜想猜想猜想猜想2 2：加速度的大小与质量有什么关系？：加速度的大小与质量有什么关系？：加速度的大小与质量有什么关系？：加速度的大小与质量有什么关系？物体受力相同时，质量越大，加速度越小物体受力相同时，质量越大，加速度越小对同一物体，受力越大，加速度越大对同一物体，受力越大，加速度越大加速度加速
3、度加速度加速度与与力力力力和和质量质量质量质量有关有关定量关系定量关系定量关系定量关系加速度取决于哪些因素呢？加速度取决于哪些因素呢？导入1.1.理解加速度大小与力有关，也与质量有关。理解加速度大小与力有关，也与质量有关。2.2.通过实验探究加速度与力和质量的关系。通过实验探究加速度与力和质量的关系。(重点重点)3 3.理解控制变量法。理解控制变量法。4.4.学会用图像处理实验数据。学会用图像处理实验数据。(难点难点)m一定，一定，a与与F成正比；成正比；F一定，一定，a与与m成反比成反比实验验证实验验证思考：如何设计实验思考：如何设计实验?事实是不是这样呢？事实是不是这样呢？2023/10/
4、275控制变量法控制变量法“a”“a”与与“F”F”、“m”m”二个物理量均有关系二个物理量均有关系应该从何处入手呢？应该从何处入手呢？实验的探究思路确定为两个方面：实验的探究思路确定为两个方面：一是保证一是保证质量质量不变，探究不变，探究加速度与外力加速度与外力的关系；的关系；二是保证二是保证外力外力不变，探究不变，探究加速度与质量加速度与质量的关系。的关系。一、研究方法一、研究方法实实 验验 探探 究究明确几个问题明确几个问题:2.如何由实验得出结论?1.怎么设计这个实验?1.测量哪些量?2.怎么测量?数据处理：m不变时，a与F关系；F不变时，a与m关系。a、F、m m：a:F:天平求出物
5、体所受的合力2023/10/277方案一方案一：小车、打点计时器、交流电源、纸：小车、打点计时器、交流电源、纸带、长木板、细线、砝码、钩码、刻度尺、带、长木板、细线、砝码、钩码、刻度尺、天平，研究小天平，研究小 车运动。从打点计时器打出的车运动。从打点计时器打出的纸带计算出小车的加速度纸带计算出小车的加速度a a。砝码砝码小车小车打点计时器打点计时器纸带纸带实验方案实验方案实验原理实验原理:用用打点计时器打点计时器探究探究小车小车:打点计时器打点计时器:测量小车运动过程中的加速度测量小车运动过程中的加速度钩码钩码:重力提供拉力重力提供拉力研究对象研究对象,可用天平称其质量可用天平称其质量合力合
6、力F=?GFNFf93.3.小车在运动时要受到摩擦力，如何克服摩擦力呢？小车在运动时要受到摩擦力，如何克服摩擦力呢？砝码重力砝码重力近似近似等于绳子拉力，用以表示小车受等于绳子拉力，用以表示小车受到的合外力到的合外力F F。G GG G1 1F FN Nf fG G1 1平衡摩擦力平衡摩擦力f f。G G2 2实验步骤实验步骤:1.用天平测出小车的用天平测出小车的质量质量。2.安装安装好实验装置，在小车上装好纸带，纸带另一端穿好实验装置，在小车上装好纸带，纸带另一端穿过打点计时器限位孔，调整木板倾斜程度，过打点计时器限位孔，调整木板倾斜程度，平衡摩擦力平衡摩擦力。3.控制小车控制小车质量不变质
7、量不变，用细线将钩码与小车相连，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。打开打点计时器，释放小车，测出一组数据。改变钩改变钩码质量，多测几组数据。码质量，多测几组数据。4.控制控制钩码质量不变钩码质量不变，改变小车质量改变小车质量，再测几组数据。，再测几组数据。2023/10/2711结合实验装置，请讨论：结合实验装置，请讨论：1.1.怎样改变和测量小车的质量？怎样改变和测量小车的质量？通过增减砝码的个数改变研究对象的质量，用天平称出通过增减砝码的个数改变研究对象的质量，用天平称出总质量。总质量。2.2.小车和砝码受到的外力是由什么提供的？怎样改变和小车和砝码受到的外力
8、是由什么提供的？怎样改变和测量外力的大小？测量外力的大小？外力是由外力是由钩码重力钩码重力提供的；通过增减提供的；通过增减钩码钩码的多少来改变的多少来改变质量，通过天平测出质量，利用质量，通过天平测出质量，利用G=mgG=mg计算力的大小。计算力的大小。3.3.怎样从纸带记录的数据算出被研究对象的加速度？怎样从纸带记录的数据算出被研究对象的加速度？在纸带上标记出几个计数点，利用在纸带上标记出几个计数点，利用x=aTx=aT2 2计算加速度。计算加速度。为保证结果的准确性，可多选几个计数点，采用逐差法为保证结果的准确性，可多选几个计数点，采用逐差法计算加速度。计算加速度。保持物体（小车）保持物体
9、（小车）质量一定质量一定实验次数F/Na/120.41.230.51.540.61.8650.82.4探探究究加加速速度度与与力力的的关关系系实验结论：当物体质量一定时，加速度与实验结论：当物体质量一定时，加速度与合外力成正比。合外力成正比。当当拉拉力力不不变变时时次次数数m/kgm/kga/m a/m s s-2-21 12 23 34 45 5/kg/kg-1-12.502.502.002.001.331.331.001.000.830.83m m1 1探探究究加加速速度度与与质质量量的的关关系系实验结论：当物体所受实验结论：当物体所受合外力一定时，加速度合外力一定时，加速度与质量成反比。
10、与质量成反比。实验结论：实验结论：m一定时，aFF一定时，a1/m2023/10/2715当物体质量一定时，加速度与合外力成正比。当物体质量一定时，加速度与合外力成正比。当物体所受合外力一定时，加速度与质量成反比。当物体所受合外力一定时，加速度与质量成反比。【误差分析和注意事项【误差分析和注意事项】1.1.平衡摩擦力不准造成误差平衡摩擦力不准造成误差平平衡衡摩摩擦擦力力的的结结果果是是调调出出合合适适的的斜斜面面,使使小小车车的的重重力力沿沿斜斜面面方方向向的的分分力力正正好好平平衡衡小小车车受受到到的的摩摩擦擦阻阻力力。平平衡衡摩摩擦擦力力时时不不要要挂挂小小盘盘,而而且且平平衡衡了了摩摩擦
11、擦力力后后,不不管管以以后后是是改改变变小小盘盘和和重重物物的的质质量量还还是是改改变变小小车车的的质质量量,都不需要重新平衡摩擦力。都不需要重新平衡摩擦力。摩擦力平衡的标志：轻推小车，摩擦力平衡的标志：轻推小车，小车做匀速直线运动。小车做匀速直线运动。2.2.小车与车上所加砝码的总质量远大于小盘和砝小车与车上所加砝码的总质量远大于小盘和砝码的总质量码的总质量.只有如此只有如此,小盘和砝码的总重力才可小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力。视为小车受到的拉力。练一练1 1、关于关于“探究加速度与力、质量的关系探究加速度与力、质量的关系”实验，下实验，下列说法中正确的是列说法中正确的是()()
12、A.A.本实验采用的方法是控制变量法本实验采用的方法是控制变量法B.B.探究加速度与质量的关系时，应该改变拉力的大探究加速度与质量的关系时，应该改变拉力的大小小C.C.探究加速度与力的关系时，作探究加速度与力的关系时，作a aF F图象应该用线段图象应该用线段依次将各点连接起来依次将各点连接起来D.D.探究加速度与质量的关系时，为了直观判断二者探究加速度与质量的关系时，为了直观判断二者间的关系，应作出间的关系，应作出a aM M图象图象A1、保持物体的质量不变，物体所受的外力越大，物体的加速度越大；物体的加速度与物体所受的外力成正比2、保持物体所受的外力不变，物体的质量越大，加速度越小；物体的
13、加速度与物体的质量成反比 课堂小结小结1.1.在在“探究加速度与力、质量的关系探究加速度与力、质量的关系”的实验中，关的实验中，关于平衡摩擦力的说法中正确的是于平衡摩擦力的说法中正确的是()()A.“A.“平衡摩擦力平衡摩擦力”的本质就是让小车受到的摩擦力为零的本质就是让小车受到的摩擦力为零B.“B.“平衡摩擦力平衡摩擦力”的本质就是使小车所受的重力沿斜面的本质就是使小车所受的重力沿斜面方向的分力与所受到的摩擦阻力相平衡方向的分力与所受到的摩擦阻力相平衡C.“C.“平衡摩擦力平衡摩擦力”的目的就是要使小车所受的合力等于的目的就是要使小车所受的合力等于所挂砝码通过细绳和滑轮对小车施加的拉力所挂砝
14、码通过细绳和滑轮对小车施加的拉力D.“D.“平衡摩擦力平衡摩擦力”是否成功，可根据小车拖动的由打点是否成功，可根据小车拖动的由打点计时器打出的纸带上的点迹间距是否均匀来确定计时器打出的纸带上的点迹间距是否均匀来确定BCDBCD检测反馈2 2、某组同学实验得出数据，画出某组同学实验得出数据，画出a aF F图如图所示，图如图所示，那么该组同学实验中出现的问题可能是那么该组同学实验中出现的问题可能是()()A.A.实验中平衡摩擦力时长木板垫起的角度太小实验中平衡摩擦力时长木板垫起的角度太小B.B.实验中平衡摩擦力时长木板垫起的角度太大实验中平衡摩擦力时长木板垫起的角度太大C.C.实验中绳子拉力方向
15、没有跟平板平行实验中绳子拉力方向没有跟平板平行D.D.实验中不满足实验中不满足“砂桶和砂的总质量远小于小车质砂桶和砂的总质量远小于小车质量量”的条件的条件B3.3.如图所示是根据探究加速度与力的关系的实验如图所示是根据探究加速度与力的关系的实验数据描绘的数据描绘的a-Fa-F图像图像,下列说法正确的是下列说法正确的是()()A.A.三条倾斜直线所对应的小车与三条倾斜直线所对应的小车与砝码的质量相同砝码的质量相同B.B.三条倾斜直线所对应的小车与三条倾斜直线所对应的小车与砝码的质量不同砝码的质量不同C.C.直线直线1 1所对应的小车与砝码的质量最大所对应的小车与砝码的质量最大D.D.直线直线3 3所对应的小车与砝码的质量最大所对应的小车与砝码的质量最大BDBD