人教版高一物理必修一4.2-实验：探究加速度与力、质量的关系

三、实验设计 . . .
实验方案一：测加速度法 实验方案二：设计对比实验
一、测加速度法
...
（一）实验装置
打点 小车 计时器
F
钩码
纸带
FN f
G
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 钩码：重力提供拉力 合力 F = ?
1. 合外力在什么时候等于线的拉力.？. .
擦力。
3.每条纸带必须在满足小车的质量远大于小盘和砝码的总质
量的条件下打出.只有如此,小盘和砝码的总重力才可视为小
车受到的拉力。
4.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。 5.作图像时,要使尽可能多的点分布在所作直线上，直线外 的点应尽可能对称分布在所作直线两侧。 6.作图时两轴标度比例要选择适当,各量须采用国际单位。 这样作图时,坐标点间距不至于过密,误差会小些。
平衡摩擦力：将长木板平放在实验桌上，在长木板的不带定滑 轮的一端下面垫上一块薄木板，反复移动薄木板的位置，直至 小车在斜面上运动时以保持匀速运动状态，这时小车受到的摩 擦力恰好与小车所受的重力在斜面方向上的分力平衡。
FN
mgsinθ
f
mgcos θ mg
2. 线的拉力等于钩码的重力吗？. . .
不等于！因为钩码向下加速，绳子的拉力小于 钩码的重力！
1/m (kg -1)
0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
F一定时，a ∝ 1/m
【注意事项】
...
1.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运动。
2.整个实验平衡了摩擦力后,不管以后是改变小盘和砝码的
总质量还是改变小车和砝码的总质量,都不需要重新平衡摩
2、探究思路 ：
保持m一定， 探究a与 F的关系 控制变量法
保持F 一定， 探究a与m的关系
3、制定实验方案时需要考虑的问题
...
1. 怎么设计这个实验 ?
测量哪些量 ?
a、F、m
m： 天平
怎么测量 ?
F: 求出物体所受的合力
a: ？
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
次数 .F./.N
当小 1 0.10 车质 2 0.20 量不 3 0.30 变时 4 0.40
5 0.50
a/m ·s -2 0.146
0.302 0.428 0.592 0.751
如何更直观地 处理数据？
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 F/ N
2. 探究加速度 与质量的关系
次数
当 拉
3. 控制小车质量不变，用细线将钩码与小车相连（钩码质 量远小于小车质量），打开打点计时器，释放小车， 测出一组数据。
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。
1. 探究加速度与合 力的关系
a/m·s -2 0.75 0.60 0.45 0.30 0.15
2. 同理，控制 F 相同，探究 a与 m 的关系。
... 探究加速度与力、质量的关系 1. 研究方法： 控制变量法 2. 数据处理方法： 图象法 3. 结论：a ∝ F a ∝ 1/m a ∝ F/m
1所．受的在合“力探，究下加列速叙度述与中力正、确质的量是的（关系”实验中）. .，A.．关小于车小所车受
保 持 力
不 变
设
计 保持小车
方 案
质量不变
.设. .
方 案
计二
对：
比
实
验
（一）实验方案原理 ...
1. 控制 m 不变，探究 a 与 F 的关系。
在相同的时间内，两小车移 动的距离分别为:
x1
1 2
a1t 2
x2
1 2
a2t 2
F1 x1
a1/ a2 = x1/x2 测量出 x1 、x2
F2 x2
加速度与力有关
小汽车从静止加速到100km/h只需10 几秒，而火车要从静止加速.到. . 100km/h却需要2分钟。
加速度与质量有关
...
猜想：加速度与力、质量 有什么定量关系？
你猜想的理由是什么？
（一）实验探究：Leabharlann Baidu
...
1、探究目的 ： 探究加速度与力、质量的关系
思考与讨论
加速度可以同时受到力和质量的变化的影 响，那么如何寻找加速度与力的关系，又 该如何探究加速度与质量的关系呢？
1
力2
不3
变 时
4
5
m/kg 0.400 0.500 0.750 1.000 1.200
a/m. .·s.-2
0.861 0.692 0.470 0.352 0.290
1/m (kg -1) 2.50 2.00 1.33 1.00 0.83
a/m·s -2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2
m/ kg 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
...
第四章 牛顿运动定律
4.2 实验：探究加速度与 力、质量的关系
复习牛顿第一定律：力和运动的关系是怎. .样. 的？
力是改变物 体运动状态 的原因
力是物体速 度改变的原 因
力是物体产 生加速度的 原因
问题：加速度与哪些因素有关？请举例说明
赛车和一般小汽车质量. .差. 不多，但 因为安装了强大的发动机，所以能 获得巨大的牵引力，可以在四五秒 内从静止加速到100km/h。而普通 小汽车加到同样速度起码需要十秒。
合力就是所挂托盘和重物的总重力B．小车所受合力的大小等 于托盘和重物通过细绳对小车所施加的拉力 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，且小车的质量远大于托盘与重物的总质量时，小 车所受合力才可以认为等于托盘和重物的总重力
3.什么时候绳子的拉力等于钩码的重力？
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。
...
4.怎样从纸带记录的数据算出加速度？
在纸带上标记出几个计数点，利用△x=aT2计算加速度。为
保证结果的准确性，可多选几个计数点，采用逐差法计算加
速度。
（二）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。
a/m·s -2 1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
1/m (kg -1)
0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
（三）实验结论
a/m·s -2
0.75
0.60 0.45 0.30 0.15
F/ N
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
m 一定时，a ∝ F
...
a/m·s -2
1.0 0.8 0.6 0.4 0.2