第四章 第2节 实验：探究加速度与力、质量的关系-5
(教案)实验：探究加速度与力、质量的关系
实验：探究加速度与力、质量的关系本节选自人教版高中物理教材第四章第2节《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。
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：①方法1：小车做初速度为0的匀加速直线运动，直接测量小车移动的位移x和发生这段位移所用的时间t，a=2x/t2计算出加速度a。
②方法2：将打点计时器的纸带连在小车上，根据纸带上打出的点来测量加速度。
③方法3：让两个做初速度为0的匀加速直线运动的物体的运动时间t相等，那么由a=2x/t2可知，它们的位移之比就等于加速度之比。
（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。
验中作用力F的含义是物体所受的合力。
那么，如何测小车所受合外力F？合我们通过下面具体实验来说明。
二、实验设计实验设计1：用阻力补偿法探究加速度与力、质量的关系1．实验器材：小车、打点计时器、纸带、一端带滑轮的长木板、细线、砝码、钩码、刻度尺、天平。
2．实验步骤（1）用天平测出小车的质量；（2）按图装好实验器材，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）保持小车上的砝码个数不变，改变钩码质量，并测量得F（钩码质量远小于小车质量），多测几组数据。
注意：只有在钩码质量远小于小车质量时，线的拉力近似等于钩码的重力。
（5）控制钩码质量不变，改变小车质量，再测几组数据填入表中。
（6）分析每条纸带，测量并计算出加速度的值；（7）作a－F关系图象，并由图象确定a－F关系。
(2019版)高中物理必修一：第四章2 实验：探究加速度与力质量的关系
第四章 2 实验：探究加速度与力、质量的关系速度是描述物体运动状态的物理量，加速度是描述速度变化快慢的物理量。
因此也可以说，加速度是描述物体运动状态变化快慢的物理量。
由前面的学习我们知道，力是改变物体运动状态的原因，质量大的物体运动状态不容易改变。
这说明，加速度与力、质量之间必然存在一定的关系。
下面我们来探究加速度与力、质量之间的定量关系。
本节实验分别从“加速度与力的关系”和“加速度与质量的关系”两方面进行研究。
实验思路将小车置于水平木板上，通过滑轮与槽码相连。
小车可以在槽码的牵引下运动（图4.2-1）。
加速度与力的关系 保持小车质量不变，通过改变槽码的个数改变小车所受的拉力。
小车所受的拉力可认为与槽码所受的重力相等。
测得不同拉力下小车运动的加速度，分析加速度与拉力的变化情况，找出二者之间的定量关系。
可证明这两个力只是近似相等，条件是槽码的质量要比小车的质量小很多。
加速度与质量的关系 保持小车所受的拉力不变，通过在小车上增加重物改变小车的质量。
测得不同质量的小车在这个拉力下运动的加速度，分析加速度与质量的变化情况，找出二者之间的定量关系。
从实验的角度，同时研究某个物理量与另外两个或多个物理量之间的定量关系是非常困难的。
面对这样的问题，我们通常采用控制变量的方法进行研究。
物理量的测量本实验需要测量的物理量有三个：物体的质量、物体所受的作用力和物体运动的加速度。
质量的测量 可以用天平测量质量。
为了改变小车的质量，可以在小车中增减砝码的数量。
加速度的测量 方法1 小车做初速度为0的匀加速直线运动，则测量小车加速度最直接的办法就是用刻度尺测量小车移动的位移x ，并用秒表测量发生这段位移所用的时间t ，然后由a ＝2x t2（1）计算出加速度a 。
方法 2 将打点计时器的纸带连在小车上，根据纸带上打出的点来测量加速度（参考第一章的实验方法）。
方法 3 在这个实验中也可以不测量加速度的具体数值。
这是因为我们探究的是加速度与其他物理量之间的比例关系，因此测量不同情况下物体加速度的比值即可。
新教材高中物理第4章第2节实验探究加速度与力质量的关系课件新人教版
(2)丙同学提出，不需测出两小车加速度的数值，只量出两条纸 带上从第一个打印点到最后一个打印点间的距离 x1、x2，也能 完成实验探究，若 x1∶x2 近似等于________，也可说明质量一 定的情况下，物体的加速度与力成正比，理由是_____________．
[解析] (1)每隔 4 个打印点选取一个计数点，计数点间的时间
3．平衡摩擦力：把木板无滑轮的一端下面垫一薄木板，反复移 动其位置，使小车在不挂小盘和砝码的情况下，能沿木板做匀 速直线运动(纸带上相邻点的间距相等)．
4．测 a、F (1)把小车停在打点计时器处，挂上小盘和砝码，先接通电源， 再让小车拖着纸带在木板上匀加速下滑，打出一条纸带，纸带 记录了小车的运动情况，取下纸带并在纸带上标上号码及此时 所挂小盘和砝码的总重力 m1g. (2)保持小车的质量不变，改变小盘中砝码的质量，重复步骤(1)， 多做几次实验，并记录好相应纸带的编号及所挂小盘和砝码的 总重力 m2g，m3g，…
车 B 受到拉力的12，两车的质量 m 相等，两车的加速度之比：aa12
＝FFmAB＝FFAB＝12FFBB＝12； m
(2)两小车都做初速度为零的匀加速直线运动，它们的运动时间 t 相等，它们的位移之比：xx21＝1212aa12tt22＝aa21＝12，如果xx21＝12也可以 说明质量一定的情况下，物体的加速度与其质量成正比．
[解析] (1)在连续相等的时间间隔内，从纸带上可得到四段位 移的大小，可以选用公式法计算加速度． 由题图乙可知 x1＝6.19 cm，x2＝6.70 cm，x3＝7.21 cm，x4＝ 7.72 cm， 电火花计时器的打点周期 T＝1f ＝0.02 s， a＝（x4＋x3（）4－T）（2x2＋x1）＝ （7.72＋7（.214）×－0.0（2）6.720＋6.19）×10－2 m/s2≈3.2 m/s2.
第四章运动和力的关系-第2节实验：探究加速度与力、质量的关系
2x
度。
高中物理 必修第一册
第四章 运动和力的关系
当堂检测
1.如图所示是“探究加速度与力、质量的关系”实验装置。
（1）下图是实验时平衡阻力的情形，其中正确的是
A
（2）关于本实验，下列做法正确的是
B
C
B
（选填字母）。
C
。
A.在用打点计时器打纸带时，应该先放开小车，再接通打点计时器的电源
B.在探究加速度与质量的关系时，应改变拉力F的大小
A
（3）实验中，沙和沙桶的总重力
B
C
。
C
大于
D
（选填“大于”“小于”或“等于”）绳子对小车的拉力，为了让沙和沙桶的总
重力大小更接近绳子对小车的拉力，应让沙和沙桶的总质量
远小于
（选填“远大于”或“远小于”）小车的质量。
（4）若（2）中四个图像中的图线（包括B、C中的直线部分）的斜率都为k，k可能与什么有关？
小车质量
。
高中物理 必修第一册
第四章 运动和力的关系
4.［多选］如图是探究加速度与力、质量关系的实验方案之一，通过位移的
测量来代替加速度的测量，即1 = 1，用这种替代操作的要求是（ BC ）
2
2
A.实验前必须先平衡摩擦力
B.必须保证两小车的运动时间相等
C.两小车都必须从静止开始做匀加速直线运动
砝码来改变小车所受到的合力。砝码质量 m 和小车总质量 M 分别选取下列四组值：
A. M=500 g，m分别为50 g 、70 g 、100 g、125 g
B. M=500 g，m分别为20 g、30 g 、40 g 、50 g
C. M=200 g，m分别为50 g 、70 g 、100 g 、125 g
人教版高中物理必修1第四章 牛顿运动定律2 实验：探究加速度与力、质量的关系 课件(5)
位移 x2/c
的 1 m’1/g F1大小)
m m2’02/g F2大小)
m
关2
30
系 3 50
40
4
60
5
70
精品PPT
探
究
加 速
a
度
x2 /x1
与
力
的
关
系
0
次 F2 数 F1
xx21
1
aa12
2
3
4
F
F2 / F1
精品PPT
探 究 加 速
保持物体所受的力相同，测量不同质量的物 体在该力作用下的加速度，分析加速度与质 量的关系
交流总结 课后作业
1、完成实验报告。 2、设计一种方案，测量自行车启动时的 平均加速度。 3、以“控制变量法在物理实验中的应用 与意义”为题，写一篇科技小论文。
精品PPT
a/m ·s
0.-8261
0.500 0.692
0.750 0.470
1.000 0.352
1.200 0.290
量 0.4
的 0.2 关
系0
0.25 01.40 01.65 02.80 精12品.05PPT1.2m1m//kgkg-1
m1 /kg -1 2.50 2.00 1.33 1.00 0.83
实
验 方
质量保 持不变
案
合外 力保 持不 变
精品PPT
探 究 保持物体的质量不变，测量物体在不同的力 加 作用下的加速度，分析加速度与力的关系
速 小车质量M=300g,小车上砝码质量m=0g,小盘质量M’1=0 g
度 与 力
次 数
小车1
盘中砝码(M’+m’ 质量 1)/g (表示
第四章 2.实验：探究加速度与力、质量的关系
☆其他方法
01课前自主学习
02课堂探究评价
03课后课时作业
平衡摩擦力（补偿阻力）：甲图中，小车在运动方向受到细线的拉力和
木板对小车的摩擦力，如果后面拖着纸带，还受到打点计时器对小车的阻力， 后两个力是未知的。如图乙所示，将木板未安装定滑轮的一端垫高，连接小 车细绳的一端不要悬挂槽码，小车的另一端应连着纸带且接通电源。用手轻 轻地推一下小车，给小车一个初速度，如果在纸带上打出的点的间隔均匀， 表明小车受到的阻力跟它受到的重力沿斜面向下的分力平衡，则绳子的拉力 就是小车受到的合力。
01课前自主学习
02课堂探究评价
03课后课时作业
二．实验思路、方法、过程
4.进行实验并记录数据
(1)探究加速度与力的关系
保持小车的质量一定，通过增减槽码的个数来改变小车所受的拉力，根据纸 带上打出的点来测出相应的加速度，将数据填在表1中。
表1 小车质量一定
01课前自主学习
02课堂探究评价
03课后课时作业
二．实验思路、方法、过程
(2)探究加速度与质量的关系 保持小车所受拉力不变(即槽码的个数一定)，通过增减在小车中的重物(即增 减在小车中的砝码)来改变小车的质量，根据纸带上打出的点测出相应的加速 度，将数据填在表2中。
表2 小车所受的拉力一定
01课前自主学习
02课堂探究评价
03课后课时作业
☆ 注意事项 (1)打点前小车应靠近打点计时器，且应先接通电源，后释放小车。 (2)改变槽码重力的过程中，要始终保证槽码的质量远小于小车的质量。
03课后课时作业
五.误差分析
实验误差的产生原因与减小方法如下表：
01课前自主学习
02课堂探究评价
第四章第二节实验 探究加速度与力、质量的关系教案 新课标 人教版
高一物理第二节实验探究加速度与力、质量的关系教案教学要求:1、理解物体运动状态的变化快慢，即加速度大小与力有关，也与质量有关。
2、通过实验探究加速度与力和质量的定量关系。
3、培养学生动手操作能力。
主要内容:1、物体加速度与它受力的定量关系现实中，除了在真空中抛体（仅受重力）外，仅受一个力的物体几乎不存在，但一个单独的力作用效果与跟它等大、方向相同的合力作用效果相同，因此实验中力F的含义可以是物体所受的合力。
a与F是成正比。
2、物体的加速度与其质量的定量关系保持物体所受力相同，测量不同质量的物体在该力作用下的加速度，探究加速度与质量关系.a与1／m成正比.随堂练习1．静止在光滑水平地面上的物体，受到一个水平拉力，当力刚开始作用的瞬间，正确的说法是（）A．物体同时获得速度和加速度． B．物体立即获得加速度，但速度仍为零．C．物体立即获得速度，但加速度为零．D．物体的速度和加速度均为零．2．教材在探究牛顿第二定律的实验方案中，比较初速为零的不同物体加速度大小的关系所使用的方法是（）A．比较相同时间内两物体的位移大小关系．B．比较相同位移内两物体的时间关系．C．比较相同速度时的时间关系．D．比较相同位移内两物体的速度关系．3．教材在探究牛顿第二定律的实验方案中，比较初速为零的两个不同物体加速度大小与力和质量的关系所使用的方法是（）A．控制变量法．B．两物体的质量不同，比较在不同外力作用下的位移关系．C．两物体的质量相同，比较在不同外力作用下的位移关系．D．两物体受到的外力相同，比较不同质量物体间的位移关系．F 的下列说法中，符合实际的是（）4．关于由小车实验得出牛顿第二定律maA．同时改变小车的质量m及受到的拉力F，得出加速度、力、质量三者间的关系．B．保持小车的质量不变，只改变小车拉力，就得出加速度、力、质量三者间的关系．C．保持小车的受力不变，只改变小车质量，就得出加速度、力、质量三者间的关系．D．先保持小车质量不变，研究加速度与力的关系；再保持力不变，研究加速度与质量的关系；最后得到加速度、力、质量三者间的关系．5．关于物体运动状态的改变，下列说法正确的是 ( )A．运动物体的加速度不变，则其运动状态一定不变．B．物体的位置在不断变化，则其运动状态一定在不断变化．C．做直线运动的物体，其运动状态可能不变．D ．做曲线运动的物体，其运动状态也可能不变．6．物体运动状态的变化是指 （ ）A ．位置的变化B ．速度的变化C ．加速度的变化D ．质量的变化7．下面哪些说法正确的是 （ ）A ．物体所受合外力越大，加速度越大．B ．物体所受合外力越大，速度越大．C ．物体在外力作用下做匀加速直线运动，当合外力逐渐减小时，物体的速度逐渐减小．D ．如果物体的加速度大小不变，则该物体一定受到恒力作用．8．向右运动的车厢顶上用细线拴住两个小球，固定在车厢顶端于M 和N ，它们只能在如图所示的平面内摆动．某一瞬时出现图示情景，由此可知车厢的运动及两个小球相对于车厢运动的可能情况是： （ ）A. 车厢做匀速直线运动，M 在摆动，N 静止B. 车厢做匀速直线运动，M 在摆动，N 也在摆动C. 车厢做匀速直线运动，M 静止，N 在摆动D. 车厢做匀加速直线运动，M 静止，N 也静止9．下列各种说法中，其中正确的有 ( )A ．一个物体原来以10 m/s 的速度运动，后因某种原因，速度变为30 m/s ，则其惯性增大了B ．已知月球表面的重力加速度只有地球表面的重力加速度的1/6，则同一物体从地球移到月球，其惯性要减小C ．质量大的物体，其运动状态不易发生改变，故质量大的物体惯性大D ．物体运动状态的改变就是物体的加速度发生了改变10．下列说法正确的有 ( )A ．物体受到力的作用后，速度的大小和方向一定同时发生变化B ．物体受到力的作用后，其运动状态一定要发生变化C ．只要物体受到力的作用，就一定会产生加速度D ．物体只有受到不为零的合外力（这里指的是共点力），才会产生加速度，运动状态才会发生变化11．在探究加速度与力、质量的关系得实验中，得到以下三个实验图线a 、b 、c ，描述加速度与质量关系的图线是 ；加速度与力的关系图线是 ； 图线是描述加速度与质量的倒数关系．12．在“探究加速度与力、质量的关系”这一实验中，有两位同学通过测量，分别作出a 一F 图象，如图（a ）（b ）中的A 、B 线所示；试分析：(1) A 线不通过坐标原点的原因是(2) B 线不通过坐标原点的原因是第11题a 第11题b图4—10第11题c(a )(b ) 第12题图[参考答案]2.实验：探究加速度与力、质量的关系1.B2. A3. ACD 4 . D 5. C 6. B 7. A 8. AB 9. C 10. D11. b a c 或 b c a 13. (1) A线在F轴上有一定的截距，表明F达到一定的值后小车才开始有加速度，这是没有平衡摩擦力，或平衡摩擦力不够引起的．(2) B线在a轴上有一定的截距，表明F为0即不加F时小车已经有了一定的加速度，这是平衡摩擦力时木板倾角θ太大，即平衡摩擦力过度引起的．。
18-19 第4章 2 实验：探究加速度与力、质量的关系
标 •
固
(3)在上述步骤中，处理不恰当的是 __________，应把________改为 双
典
基
例 剖
________.
析
【导学号：84082134】
返 首 页
【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，
知
识 探
知
质量测量不准、计数点间距
识
多次测量求平均值
探
测量不准
究
当
偶然
①准确平衡摩擦力
堂
误差
小车所受拉力测量不准 ②使细绳和纸带平行于木板
达 标 •
固
使尽可能多的点落在直线上或均匀分 双
典
作图不准
基
例 剖
布在直线两侧，误差较大的点舍去
析
系统 小盘及重物的总重力代替 使小盘和重物的总质量远小于小车的
误差 小车所受的拉力
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，
究
当
必须接在 6 V 以下学生交流电源上．作 a-M 关系图象，得到的是双曲线，很 堂
达
难作出正确的判断，必须“化曲为直”，改作 a-M1 关系图象．
标
• 固
双
典 例
【答案】 (1)平衡摩擦力 B
基
剖
析
(2)步骤 D 6 V 电压的蓄电池 6 V 以下交流学生电源
G．作 a-M 关系图象，并由图象确定 a-M 关系． 返 首 页
(1)该同学漏掉的重要实验步骤是________，该步骤应排在________步骤
知
识 探
之后．
人教版高中物理必修一第4章 第2节 实验：探究加速度与力、质量的关系
图4－2－1
优质课件
①对此实验中力的理解：除了在真空中抛出或落下的
物体(仅受重力)外，仅受一个力的物体几乎是不存在的。然 而，一个单独的力的作用效果与跟它大小、方向都相同的合 力的作用效果是相同的，因此，实验中的力F的含义可以是 物体所受的合力。
②平衡摩擦力：如图4－2－1所示，纸带穿过打点计时
器。为了消除摩擦力对小车的影响，可将木板无滑轮的一端 稍微垫高一些，用小车的重力的分力来抵消它所受到的摩擦 力，直到小车不挂重物时能在木板上匀速运动为止。
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3．实验方案 这个实验中需要测量的物理量有三个：物体的加速度、 物体所受的力、物体的质量。质量用天平测量，因此本实
验要解决的主要问题是怎样测量加速度和物体所受的力。
(1)怎样测量(或比较)物体的加速度： 在运动物体上安装一条穿过打点计时器的纸带，根据 纸带上打出的点来测量加速度。在这个实验中也可以测加 速度与其他量之间的比例关系。测量不同情况下(即不同受
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当挂上重物时，只要重物的质量远小于小车的质量，那么 我们可近似认为托盘和砝码所受的重力大小等于小车所受的 合力的大小。增减盘中砝码的个数可改变小车所受到的合力。 (3)怎样由实验结果得出结论： 根据实验数据以 a 为纵坐标、F 为横坐标，和以 a 为纵坐 1 标、m为横坐标作出图像。如果图像是过原点的直线，则说明 加速度与力成正比与质量成反比。
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三、实验器材
打点计时器、纸带、复写纸片、小车、一端附有定
滑轮的长木板、小盘、砝码、夹子、细绳、低压交流电
源、导线、天平(带有一套砝码)、刻度尺。
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四、实验步骤
(1)用天平测出小车和重物的质量分别为M0、m0，并 把数值记录下来。 (2)按图4－2－2将实验器材安装好(小车上不系绳)。
高中物理 第4章第2节 实验 探究加速度与力、质量的关系(教案)
第4章第2节实验探究加速度与力、质量的关系【知识与技能】1、理解物体运动状态的变化快慢,即加速度大小与力有关，也与质量有关.2、通过实验探究加速度与力和质量的定量关系。
【过程与方法】1、使学生掌握在研究三个物理量之间关系时,用控制变量法实现。
2、指导学生根据原理去设计实验。
3、帮助学生会分析数据表格，利用图象寻求物理规律。
【情感态度与价值观】1、通过实验探究激发学生的创新精神.2、使学生体验探索自然规律的艰辛与喜悦。
【教学过程】【实验目的】1．学会用控制变量法研究物理规律.2．验证牛顿第二定律。
3．掌握利用图象处理数据的方法.【实验原理】探究加速度a与力F及质量M的关系时，应用的基本方法是控制变量法，即先控制一个参量——小车的质量M不变，探究加速度a与力F的关系；再控制小盘和砝码的质量不变，即力F不变，探究加速度a与小车质量M的关系。
【实验器材】打点计时器、纸带、复写纸、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平、刻度尺、砝码、薄木块。
【实验步骤】1．称量质量：用天平测小盘的质量m0和小车的质量M0。
2．安装器材:按照实验原理图所示装置把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细绳系在小车上(即无小车牵引力）。
3．平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块,反复移动薄木块的位置,直至小车在不挂小盘和砝码的情况下能沿木板做匀速直线运动为止。
4．测量加速度：（1）保持小车的质量不变：把小车靠近打点计时器，挂上小盘和砝码，先接通电源,再让小车拖着纸带在木板上匀加速下滑，打出一条纸带.计算小盘和砝码的重力,即为小车所受的合力,由纸带计算出小车的加速度，并把力和对应的加速度填入表（一)中。
改变小盘内砝码的个数，并多做几次。
（2）保持小盘内的砝码个数不变：在小车上放上砝码改变小车的质量，让小车在木板上滑动打出纸带.计算砝码和小车的总质量M，并由纸带计算出小车对应的加速度,并将所对应的质量和加速度填入表（二）中.改变小车上砝码的个数，并多做几次。
人教版高中物理必修1 第四章《牛顿运动定律》第2节 实验：探究加速度和力、质量的关系
第二节实验：探究加速度与力、质量的关系一、实验器材小车、砝码、小桶、砂、细线、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、、纸带、、．二、实验原理实验的基本思想——控制变量法1.保持研究对象即小车的不变，改变小桶内砂的质量，即改变，测出小车的对应加速度，验证加速度是否正比于作用力.2.保持小桶中砂的质量不变，即保持不变，改变研究对象的，测出对应不同质量的加速度，验证加速度是否反比于质量.三、实验方案的设计1.三个物理量的测量方法——近似法放在长木板上的小车在拉力的作用下做匀加速直线运动.(装置如下图所示).(1)小车质量的测量利用出，在小车上可改变小车的质量.(2)拉力的测量当小桶和砂的质量小车的质量时，可以认为小桶和砂的重力近似等于对小车的拉力，即F≈mg.(3)加速度的测量：逐差法.2.实验数据的处理方法——图象法、“化曲为直”法(1)研究加速度a和力F的关系以加速度a为纵坐标，以力F为横坐标，根据测量数据描点，然后作出图象，如下图所示，若图象是一条，就能说明a与F成正比.(2)研究加速度a与物体质量m的关系如图甲所示，因为a－m图象是曲线，检查a－m图象是不是双曲线，就能判断它们之间是不是反比例关系，但检查这条曲线是不是双曲线，相当困难.若a和m成反比，则a与1m必成 .我们采用“化曲为直”的方法，以a为纵坐标，以1m为横坐标，作出a－1m图象，若a－1m图象是一条过原点的直线，如图乙所示，说明a与1m成，即a与m成.四、实验步骤1.用天平测出小车的质量M，并把数值记录下来.2.按图所示的装置把实验器材安装好.3.平衡摩擦力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫一木块，多次移动木块位置，直到轻推小车，使小车在斜面上运动时可保持匀速直线运动为止.4.在小桶里放入适量的砂，在小车上加放适量的砝码，用天平测出小桶和砂的质量m，并记录下来.接通电源，放开小车，待打点计时器在纸带上打好点后取下纸带.5.保持小车的质量不变，改变砂和小桶的质量，按步骤4再做5次实验.6.在每条纸带上选取一段比较理想的部分，算出每条纸带对应的加速度的值并记录在表格的相应位置.7.－F图象，从而得出a－F的关系.8.保持砂和小桶的质量不变，在小车上加放砝码，重复上面的实验，求出相应的加速度，并设计表格如下.根据实验结果画出小车运动的a－1m图象，从而得出a－M的关系.9.整理实验器材，结束实验.1.实验中应先接通电源后释放小车.2.在平衡摩擦力时，不要悬挂小桶，但小车应连着纸带且接通电源.用手轻轻地给小车一个初速度，如果在纸带上打出的点间隔均匀，表明小车受到的阻力跟它受到的重力沿斜面向下的分力平衡.3.改变砂的质量过程中，要始终保证砂桶(包括砂)的质量远小于小车的质量.4.作图时应使所作的直线通过尽可能多的点，不在直线上的点也要尽可能地分布在直线的两侧，但若遇到个别偏离较远的点可舍去.【典例精析】例1：某实验小组利用图5所示的装置探究加速度与力、质量的关系.(1)下列做法正确的是________(填字母代号).A.调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行B.在调节长木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上C.实验时，先放开木块再接通打点计时器的电源D.通过增减木块上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度(2)当木块(及木块上的砝码)的质量M与小桶(包括桶内砝码)的质量m的大小关系满足_______时，才可以认为细绳对木块的拉力大小等于桶及桶中砝码的重力.(3)下图是甲、乙两同学研究了加速度与力的关系，并根据实验数据画出的图象.形成图线甲的原因是__________________________.形成图线乙的原因是__________________________.解析（1）实验中细绳要与长木板保持平行，A项正确；平衡摩擦力时不能将装有砝码的砝码桶通过细绳绕过滑轮拴在木块上，这样无法平衡摩擦力，B项错误；实验时应先接通打点计时器的电源再放开木块，C项错误；平衡摩擦力后，改变木块上的砝码的质量后不需要重新平衡摩擦力，D项正确.答案AD（2）验证牛顿第二定律的实验中，要保证M≫m，才能保证细绳的拉力约等于m的重力.（3）图线甲中F＝0时，木块就有了加速度，可见是长木板倾角过大.图线乙中，有了拉力时，加速度仍为0，说明未平衡摩擦力或长木板倾角过小.答案长木板倾角过大未平衡摩擦力或长木板倾角过小【变式训练】如图甲所示，在探究加速度与力、质量的关系实验中，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后面拖动的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约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，应该做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—1M图线如图乙所示，两个同学做实验时的盘及盘中砝码的质量m乙_____(填“大于”“小于”或“等于”)m丙.解析（1）验证牛顿第二定律的实验中，要使M≫m，才能保证绳子的拉力等于m的重力.（2）根据牛顿第二定律可知，合力一定时，a与M成反比，因为反比例函数图象是曲线，而根据曲线很难判定出自变量和因变量之间的关系.正比例函数图象是过坐标原点的一条直线，就比较容易判定自变量和因变量之间的关系，所以实验数据处理时应作出a与1M的图象. 答案1 M（3）在小车质量M相同的情况下，拉力越大，加速度越大，实验中我们又认为绳对小车的拉力大小等于盘和盘中砝码的重力，所以两个同学做实验时盘中砝码的质量不同，m乙大于m丙.课堂练习1．如图所示是“探究加速度与力、质量的关系”实验装置：(1)下图是实验时平衡阻力的情形，其中正确的是__C____(选填字母)(2)在平衡阻力后，当小车总质量__远大于____(填“远大于”、“远小于”或“近似等于”)小盘及盘内物体的总质量时，小盘及盘内物体的总重力大小近似等于小车运动时所受的拉力大小。
高中物理必修一第4章第2节 实验：探究加速度与力、质量的关系
4.收集纸带数据:将小车靠近打点计时器后开启打点计 时器,并让小车由静止释放,打点计时器在纸带上打出 一系列点,据此计算出小车的加速度。
5.改变小车受力: (1)保持小车的质量不变,通过增加槽码的数量,增加重 物的质量(总质量仍远小于小车质量)。接通电源后放 开小车,用纸带记录小车的运动情况。取下纸带。并在 纸带上标上号码及所挂槽码的总重力m1g。 (2)重复步骤4,多做几次实验,并记录好相应纸带的编 号及所挂槽码的总重力m2g、m3g…
【解析】(1)为了使细绳对小车拉力F等于细砂和小桶 的总重力,则需要满足小车和小车上的砝码总质量远远 大于细砂和小桶的总质量,若小车和小车上的砝码总质 量为800 g,则细砂和小桶的总质量较为合理的是50 g, 故A正确,B、C、D错误。
(2)AC这段位移的平均速度等于AC这段时间中间时刻的
瞬时速度,即B点的瞬时速度,故vB= 由逐差法求解小车的加速度,
【思考·讨论】 请从改进实验器材的角度,讨论改进测量小车所受拉力 的方法,减小实验的系统误差。 (科学探究)
提示:为了减小由于小车所受拉力而产生的系统误差, 可将力传感器和位移传感器的发射器装在运动的小车 上,将接收器装在小车运动轨道的末端,并通过数据采 集器输入计算机,就可以测出小车所受的拉力。
二、数据收集与分析 1.列F、a数据收集表: 把小车在不同力作用下产生的加速度填在表中:
物理量 1 2 3 4 5 6 作用力(槽 码的重力) 加速度a
2.作a -F图像的方法: 以a为纵坐标、F为横坐标,根据数据作a-F 图像,用曲 线拟合测量点,找出规律,分析a与F的关系。
3.列M、a收集表格: 把不同质量的小车(小车和砝码)在相同力的作用下产 生的加速度填在表中:
6.改变小车质量: (1)保持重物(小车所受的拉力)不变,通过增加或减少 小车上的砝码的方式,改变小车的质量,接通电源后放 开小车,用纸带记录小车的运动情况。取下纸带,并在 纸带上标上号码及小车和砝码的总质量M1。
4-2实验探究加速度与力、质量关系
分组实验：探究加速度与力、质量的关系实验目的1、验证：物体质量一定时，加速度与力成正比；物体受力一定时，加速度与质量成反比。
2、学会用控制变量法分析、解决问题的基本思路。
实验原理(1)采用控制变量法：在该实验要求先控制小车的质量m不变，讨论a与F的关系，再控制砂和砂桶的质量不变，即F不变，改变小车的质量m，讨论a与m的关系．(2)要测量的物理量：小车与其上砝码的总质量M——天平小车受的拉力F——用天平测出砂桶和砂子的质量m，由F=mg算出．小车的加速度a——通过打点计时器打出的纸带浏算出．（3）平衡摩擦力：适当垫高长木板不带滑轮的一端，使小车刚好匀速下滑。
这样做的目的是保证通过细绳挂上砂桶和砂后，绳子对小车的拉力F充当了合力。
（4）绳子对小车的拉力F可以用砂桶和砂的重力来代替的条件及分析。
用细绳将砂桶(质量为m)和小车连成一个整体，连接体做匀加速直线运动。
根据牛顿第二定律：小车：F=（M+m）a------------①砂和砂桶：mg-F=ma-----------②由①②得F =当m《M时, 即小车的合外力近似为砂和砂桶的重力mg。
(5)天平的使用方法及注意事项（可将该内容移至实验注意事项中）①把天平放在桌面上，将托盘擦干净，按编号置于相应的托盘架上，称量前把游码拨到标尺的最左端零位，调节调平螺丝，使指针在停止摆动时正好对准刻度盘的中央红线。
②天平调平后，将待称量的物体放在左盘中，在右盘中用不绣钢镊子由大到小加放砝码，当增减到最小质量砝码时仍不平衡时，可移动游码使之平衡，此时所称的物体的质量等于砝码的质量与游码刻度所指的质量之和。
③天平应放在干燥清洁的地方，称重物体不能超过天平最大量程。
称量时取砝码要用镊子，不能用手直接拿。
长期不用要在盘架下面加上物体固定。
实验器材打点计时器、纸带及复写纸片、小车、一端附有定滑轮的长木板、小桶和砂、细绳、低压交流电源、两根导线、天平（带有一套砝码）、刻度尺、砝码．实验步骤(1)用天平测出小车和小桶的质量M和m．(2)按要求把实验器材安装好．(3)平衡摩擦力：(4)把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂小桶．先接通电源再放开小车，取下纸带，在打点纸带上标上纸带号码．(5)保持小车的质量不变．在小桶内放入适量的砂，记下砂和砂桶的总质量，按步骤4，重复5次实验。
第2节 实验：探究加速度与力、质量的关系
平衡摩擦力：
G1
FN f
G G1平衡摩擦力 f。
线的拉力在什么时候等于钩码的重力？
理论计算表明：在钩码质量远小于小车质量时，线的拉力近似等 于钩码的重力。
当M ≥m时，可近似认为 小车所受的拉力F等于mg.
◆．实验器材：
——打点计时器，纸带及复写纸，小车，一端附有 滑轮的长木板，小盘和砝码，细绳，低压交流电源，导 线，天平，刻度尺．
第四章 牛顿运动定律
2
实验：探究加速度与力、质量的关系
什么是物体运动状态的改变？ 如果物体的速度不变，我们就说它的运动状态不变； 如果物体的速度的大小或方向改变了，我们就说它的运 动状态改变了。
速度是描述物体运动状态的物理量. 在前面我们还学了力的两种作用效果： ❶使物体发生形变； ❷使物体运动状态发生改变.
◆．误差来源
1．测量误差： （1）质量的测量． （2）打点间隔距离的测量． 2．操作误差： （1）拉线或纸带不与木板平行． （2）倾斜角度不当，平衡摩擦力不准． 3．原理误差： 本实验中用小盘和砝码的总重力代替小车受到的 拉力 (实际上小车受到的拉力要小于小盘和砝码的总 重力)，存在系统误差.
◆．实验设计:
根据牛顿第一定律，物体运动状态改变的原因是什么？
物体运动状态的改变指的是物体的速度发生了变 化 根据牛顿第一定律我们可以知道：
力是改变物体运动状态的原因，且质量越大，运动状态越难改变
力
力是产生加 速度的原因
运动状态变化
产生加速度
速度变化
加速度是描述速度变化快慢的物理量
由以上关系可知： (1)物体的加速度的大小与它受力的大小有关.
以上描述方法只是定性的描述了物体的加速度与它受的 力、它的质量的关系。那么它们存在什么样的定量关系呢？
第四章 2 实验：探究加速度与力、质量的关系课件(共27张PPT)
解 （1）将题图乙中各点连线，得到的是一条曲线，故a与m的关系是非线性的。
析 （2）由题图乙可知，当钩码的质量不为零时，在一定范围内小车的加速度 仍为零，即钩码对小车的拉力大于某一数值时小车才产生加速度，故可能的 原因是存在摩擦力。 （3）若将钩码所受重力作为小车所受的合外力，则应满足两个条件，一是 要平衡摩擦力，二是钩码的质量远小于小车的质量。
未画出）。x1=3.61 cm，x2=4.41 cm，x3=5.19 cm，x4=5.97 cm，x5=6.78 cm， x6=7.58 cm，则小车的加速度a= 0.79 m/s2（结果保留两位有效数字）。
解 析
题组 四 新高考适应练
6.拓展某物理课外小组利用图中的装置探究物体加速度与其所受合外力之间的关系。图 中，置于实验台上的长木板水平放置，其右端固定一轻滑轮；轻绳跨过滑轮，一端与放
（3）对应于不同的n的a值见下表。n=2时的x-t图像如图甲所示；由图求出此时小
车的加速度（保留两位有效数字），将结果填入下表。
（4）利用表中的数据在图乙中补齐数据点，并作出a-n图像，从图像可以看出：
当物体质量一定时，物体的加速度与其所受的合外力成正比。
（3）__0_._3_9_（__0_._4_0_也_可__）__
谢谢
Hale Waihona Puke “非线性”）关系。（2）由图乙可知，a-m图线不经过原点，可能的原因是 存在摩擦力 。
（3）若利用本实验装置来验证“在小车质量不变的情况下，小车的加速度与合外力成
正比”的结论，并直接以钩码所受重力mg作为小车受到的合外力，则实验中应采取的
改进措施是__调__节__轨__道__的__倾__斜__度__以__平__衡__摩__擦__力___，钩码的质量应满足的条件是_远__小__于___ _小__车__的__质__量_____。
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4.改变钩码质量，多测几组数据。 5.控制钩码质量不变，改变小车质量，再测几组数据。
2013-1-26 10
数据采集与处理
演示实验：探究加速度a与力F的关系
2013-1-26
Excel数据处理
思考：如何设计实验?
2013-1-26
实验验证
6
明确几个问题:
1.测量哪些量?
1.怎么设计这个实验? 2.怎么测量? a、F、m 天平 m： a: F: 求出物体所 受的合力
2.如何由实验得出结论?
数据处理： m不变时，a与F关系； F不变时，a与m关系。
7
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实验设计: 参考方案一:用打点计时器探究 FN
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退出 16
F G
f
小车: 研究对象,可用天平称其质量 打点计时器:测量小车运动过程中的加速度
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钩码:重力提供拉力
合力F=?
8
平衡摩擦力：
FN G1 f
G G1平衡摩擦力f。 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
2013-1-26 9
实验步骤:
1.用天平测出小车的质量。
2.安装好实验装置，在小车上装好纸带，纸带另一端穿 过计时器限位孔，调整木板倾斜程度，平衡摩擦力。
第四章 牛顿运动定律
动力学的奠基者 英国科学家牛顿 (1643-1727)
2013-1-Biblioteka 6 1牛顿第一定律：一切物体总保 持匀速直线运动状态或静止状 态,除非作用在它上面的力迫使 它改变这种状态。
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2
加速度a与 力F有关 力是产生加速度的原因
感受实例
2013-1-26
3
加速度a与 质量m有关
质量是惯性大小的量度
感受实例
2013-1-26
F1赛车从0加速到时速100公里只需2.3秒
4
物体的加速度a与所受到的合外力F、物 体质量m有怎样的定量关系？
研究方法： 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。
2013-1-26
5
事实是不是这样呢？
m一定， a∝ F； F一定， a∝1/m。
11
数据采集与处理
演示实验：探究加速度a与质量m的关系
2013-1-26
Excel数据处理
12
实验结论：
m一定时，a∝F
F一定时，a∝1/m
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设 计 对 比 实 验 保 不 持 变 力
实 验 设 计 二 ：
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设 计 方 案
保持小车 质量不变
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课堂小结
本节课以实验为依据，采用控制变 量法进行研究，根据已掌握的物理知 识设计实验方案，探索物理规律是物 理学研究的重要方法。