4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系 相关素材1
4.2实验：探究加速度与合外力、质量的关系
第二节 实验《探究加速度与力、质量的关系》班级 姓名 小组学习目标1．会举例说明决定物体加速度的因素是力和质量2．知道探究物体的加速度与力、质量关系的实验方案3．能够通过作图分析加速度与力、质量间的关系重点：探究加速度与力、质量关系的实验方案，作图分析加速度与力、质量间的关系 难点：作图分析出加速度与力、质量间的关系实验过程★探究加速度与力、质量关系研究加速度a 与力F 及质量M 的关系是时，采用的方法是 。
实验器材：纸带和复写纸、小车、小桶及砂子、细绳、薄木块、刻度尺、砝码、打点计时器、低压学生电源、导线、天平、附有定滑轮的长木板。
实验步骤：1．用天平测出小车和小桶的质量M 1和m 1，并把数值记录下来。
2．安装好实验装置，并把悬挂小桶用的细绳系在车上。
3．平衡摩擦力： 。
4．记录在小车内所加砝码的质量，称好砂子后，将砂倒入小桶，把细绳系在小车上，并绕过定滑轮悬挂小桶，调整定滑轮的高度使绳与木板平行，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并作好标记。
（实验中为何要保证m ＜＜ M ?）5．保持车的质量不变，通过改变砂的质量而改变车所受的牵引力，再做几次实验。
6．在每条纸带上选取一段比较理想的部分，用公式a =(v 2－v 1)/△t 或△x ＝aT 2算出各条纸带对应的加速度。
7．根据实验结果画出运动的a —F 图线，确定加速度与力的关系。
8．保持砂子和砂桶的质量不变，在小车上加放砝码，重复上面的实验，求出相应的加速度。
作a —M 图象还是作a —1/M 来确定加速度与质量的关系？★★某学生在《探究加速度与力、质量的关系》的实验中，在小车质量不变情况下，测得小车的加速度a 和拉力F 的数据如下表所示。
⑴根据表中的数据在图中作a －F 图线；⑵由图象得出a 与F 的关系是 。
F （N ）★★某同学在《探究加速度与力、质量的关系》实验中，在物体受外力不变时，改变物体的质量，得到数据如下表所示。
人教版必修一 4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系(共30张PPT)
方案三： 课本上参考案例中的实验方案
Ｆ
小车
夹子
Ｆ
小车
由于两小同时启动、同时停止,故运动时间相同
只需验证：
m一定时： F一定时：
x1 F1 x2 F2
x1 m2 x2 m1
（ ） a1 F1 a2 F2
（ ） a1 m2 a2 m1
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
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Δ t1，遮光条通过光电门2的时 间Δ t2，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)
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
图乙
例四、(2012·舟山模拟)在探究“加速度与力、 质量的关系”的实验中：
实 验 次 数
车 号
小车 质量 （g）
码盘 质量 （g）
车中砝 码质量 （g）
盘中砝 码质量 （g）
小车位 移（cm）
1
甲 乙
50 50
10 10
0 0
0
15
10
30
2
甲 乙
50 50
10 10
0 50
4.2实验：探究加速度与力、质量的关系
2．按图所示，安装实验器材，只是不把悬挂槽码用 的细绳系在车上，即不给小车施加牵引力．
3．阻力补偿：把木板的一侧垫高，以补偿打点计时 器对小车的阻力及其他阻力。调节木板的倾斜度，使 小车在不受牵引力时能拖动纸带沿木板匀速运动。
4．a与F的关系：小车质量一定，改变槽码个数以改 变小车所受拉力，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．
A．要保持砂桶和小车始终相连 B．逐渐垫高木板右侧，直到小车恰好开始滑动 C．逐渐垫高木板右侧，直到轻推小车能让小车恰好 匀速滑动 D．每次改变小车内砝码的数量，都要重新进行阻力 补偿
3．在实验“探究加速度与质量的关系”时，下列说 法中正确的是( B )
A．应该改变拉力的大小 B．为了直观判断二者间的关系，应作出 D．只需测量一次，记录一组数据即可
3.F (阻力补偿法)
把木板的一侧垫高，以补偿打点计时器对小车 的阻力及其他阻力。调节木板的倾斜度，使小车在 不受牵引力时能拖动纸带沿木板匀速运动。通过改 变槽码的个数可以成倍的改变小车所受拉力，与此 对应，处理纸带上打出的点来计算加速度。
进行实验 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、槽码若干个、夹子、细绳、低压 交流电源、导线、天平(带有一套砝码)、刻度尺。
2)在补偿阻力时，不要悬挂槽码，小车的另一端应连着 纸带且接通电源。给小车一个初速度，若纸带上打出的 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。之后都不需要重新补偿阻力。
3)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。
课堂小结
一.实验原理 1.探究方法：控制变量法
4.2实验探究加速度与力质量的关系课件共25张PPT
3 运动状态改变难易程度的度量 质量
学习目标
掌握用控制变量法探究加速
1
度与力、质量的定量关系。
知道测量加速度大小的方法。 2
3
了解气垫导轨减小摩擦的原 理，了解光电门及数字计时 器在实验中发挥的作用。
掌握用图象来分析实验数据， 探究物理规律的方法。
4
探究思路
实验：探 究加速度 与力、质 量的关系
回顾与思考 牛顿第一定律及理解：
物体不受力
受力平衡
物体静止或匀速直线运动 运动状态不变
物体受力
受力不平衡
物体不能保持静止或匀速 运动状态改变
那么，物体受力不平衡时，会怎样运动呢？
• 什么是物体运动状态的改变？
1 速度的改变 加速度
• 运动状态改变的原因是什么？
2
联
运动状态改变的原因
力
系
• 如何度量运动状态改变的难易程度？
学习 目标
实验器材：
气垫导轨装置（导轨、滑块、气源、光电门、光电计时 器）、钩码、砝码、天平、力传感器、细绳等。
实验探究：
学习 目标
水平放置的气垫导轨上的滑块所受的摩擦力可以忽略
时，作用在滑块上的拉力就是合外力。
实验设计：
1. 搭建好实验器材，气垫导轨水平； 2. 让滑块在钩码的作用下加速运动； 3. 记录滑块通过光电门的速度v1和v2、钩码的质量、
两光电门间的距离s； 4. 保持滑块的质量不变，通过改变钩码的个数，以改
变拉力的大小，重复实验多次。 优教提示
打开工具栏，点击“课件素材”，选取“动画演示：探究加速度与力的关系”
学习 目标
计算加速度的方法：
数据分析：将滑块质量不变时的数据记入表格进行分过光电 两光电门 加速度计 量m/kg 拉力的大 门A的速 门B的速 间的距离 算a/(m/s2)
高一物理必修一人教版4.2实验：探究加速度与力、质量的关系
【知识点拨】 1.图象法处理实验数据的优点 (1)用图象法分析处理实验数据是物理学上常用的一种非常重 要而有效的方法，它具有形象、直观的特点，便于得出实验结
论。
(2)由图象法得到的规律具有统计性，在描绘实验图象时，可 以对一些不符合常规的数据进行修正，从而减小了实验误差，
避免了偶然性的错误数据，使实验结果更加准确。
车重力沿斜面向下的分力来平衡摩擦力。 (2)在木板无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，直到小车不挂重物时能在木板上匀速运动为止。
判断方法是看打点计时器在纸带上打出的点间隔是否均匀，若 打出的点间隔均匀，就说明小车做匀速运动了。
(3)整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变重物的质量还 是改变小车的质量，都不需重新平衡摩擦力。平衡摩擦力是指
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、重物、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平
(带有一套砝码)、刻度尺。
四、实验过程 1.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)按图将实验器材安装好(小车上不系绳)。 (3)平衡摩擦力,在长木板无定滑轮的一端下面垫一薄木板,反 复移动其位置,直到打点计时器正常工作后不挂重物的小车在 斜面上做匀速直线运动为止(纸带上相邻点间距相等)。
(3)值得注意的是在处理一些反比例关系的物理量时，往往将 其转化为正比例函数关系，通过图象直观地体现出来。
2.实验中误差来源分析 (1)质量的测量误差、纸带上点迹距离的测量误差 ,拉线或纸带
不与木板平行都会造成误差。
(2)不满足小盘及重物的总质量远小于小车的质量 ,会使a-F图
1 象或 a图象线性变差,造成误差。 m
4.2实验探究加速度与力、质量的关系(共38张PPT)
反复移动薄木板的位置，直至小车在斜面上运动时可以保持匀速 运动状态（通过在纸带上打出的点迹是否均匀来判断），这时小 车拖着纸带运动时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。
请同学们自己确定探究方案，进行实验、作出图象，进行分析、 形成结论.
体的受力，分析加速度与力的关系
2、实验数据分析：设计表格，做a—F图像。
实验
数 据 处 理 ： 加 速 0.75 a/m·s -2 度 与 0.60 力 0.45 的 0.30 关 0.15 系
0 0.1 0.2 0.3 0.4
次数 F/N a/m ·s -2 当小 1 车质 2 量不 3 变时 4
实
验
结
论 ：
实验结论：物体所受合力不变时，
加 加速度与物体的质量成反比。
速
度 与
a 1
质
m
量
的
关
系
三、制定实验方案时的两个问题 1、怎样测量（或比较）物体的加速度?
其实，在这个实验中也可不测加速度的具体数值。
2、怎样提供和测量物体所受的恒力?
实验中的F应为物体所受的合力，如何处理小车所受的摩擦力？
影响加速度的因素
牛顿第一定律告诉我们，当物体受到外力作用时，物体的 速度会发生改变，但它无法解释速度会怎样改变。速度改变的 快慢由加速度来描述。因此探寻物体力与运动之间规律的出发 点，是应考虑加速度与什么因素有关。
列车起动时，速度 是缓慢增加的，加速度 较小。影响加速度的原 因是列车牵引力不够大 还是列车质量太大呢？
得多时，小车所受拉力才近似等于盘和砝码的总重 力。
案例二：
实验器材：
4.2实验：探究加速度与力、质量的关系
2．平衡摩擦力后，每次实验时必须满足在小车 上所加砝码的质量远大于砝码和小盘的总质量 的条件下进行．只有如此，砝码和小盘的总重 力才可视为与小车受到的拉力相等．
3．改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽 量靠近打点计时器(或尽量远离定滑轮的一端)，并 应先接通电源，再放开小车，且在小车到达定滑轮 前应按住小车． 4．各纸带的加速度a，都应是该纸带的平均加速 度．
0.40 0.592 0.50 0.751
5
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
F/ N
2.探究加速度与质量的关系
实验基本思路：保持小车所受合力相同，测量 不同质量的小车在该力下的加速度，分析加速 度与质量的关系。
怎样改变小车的质量？
做实验 、得数据、填表格二、 作图象、交流分析、形成结论
1.0
0.8 0.6 0.4 0.2
5．作图象时，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的两 侧．
误差分析
1．小车质量m应比重物的质量m′大得多，其原理 将在后面的牛顿运动定律的应用中专门讨论．二者 差距越小，图象线性越差． 2．夹口的密合性能差是造成误差的原因之一．由 于小车的质量和速度较大，夹子不易夹住小车的后 拖线；有些时候夹子夹住一根拖线，而另一根未被 夹住，对应小车仍向前运动，这些都是造成位移误 差的原因． 3．小车运动停止时不能与定滑轮相碰，如果小车碰 到定滑轮才松手让夹子夹住拖线，则与定滑轮相碰 的小车位移偏小，产生误差．
位.这样作图线时,坐标点间距不至于过密,误差会小些
小结
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
4.2实验探究加速度与力质量的关系(导学案)(原卷版)高一物理
第2节实验：探究加速度与力、质量的关系导学案【学习目标】1.能够设计探究加速度与力、质量的关系实验方案。
2.能够完成实验的操作和测量过程，以及通过控制变量法对数据进行图像处理，体验如何平衡摩擦力，减小系统误差（钩码所受的重力不等于小车所受的拉力等）的操作方法。
【学习重难点】1.怎样测量物体的加速度；（重点）2.平衡摩擦力和测量物体所受的合外力；（重点）3.对平衡摩擦力方法的理解以及测量物体所受的合力的方法；（难点）4.指导学生选器材、设计方案、进行实验、作出图像、得出结论。
（难点）【知识回顾】1.牛顿第一定律：一切物体总保持状态或静止状态，除非作用在它上面的迫使它改变这种状态。
2.意义：揭示了运动与力的关系，即力不是维持物体运动状态的原因，而是改变物体运动状态的原因。
3.惯性：物体保持原来状态或静止状态的性质叫作惯性。
牛顿第一定律也被叫作惯性定律。
4.惯性与质量：决定物体惯性大小的物理量是它的质量，质量大的物体惯性。
说明惯性大小只由质量大小决定，与其他因素无关。
【自主预习】1.实验方法：法2.实验思路：本实验有三个需要测量的量：物体的、物体所受的和物体的。
测出它们的值，分析数据，得出结论。
(1)质量M：用测量。
(2)测量物体的加速度a方案一：利用打出的纸带测量小车的加速度a。
“逐差法”求解加速度：方案二：让两个小车做初速度为0的匀加速直线运动，在相等的时间内，由x ＝12at 2知 ，把测量加速度转换成测量位移。
(3)测物体受到的拉力F方案一：用 法补偿打点计时器对小车的阻力及其他阻力，小车所受的拉力近似等于槽码的总重力。
阻力补偿后，绳的拉力F 为小车所受合外力，绳的拉力F ＝mg 须满足 的条件，其中m 为槽码质量，M 为小车质量。
方案二：用 测拉力【课堂探究】 思考与讨论：(1)由牛顿第一定律的学习，什么是改变物体运动状态的原因？ (2)由牛顿第一定律的学习，质量的大小对物体状态的改变是否有影响？(3)我们知道描述物体状态改变的物理量是速度，那么速度变化的快慢我们通常用哪个物理量来描述？ (4)加速度与力、质量之间存在怎样的定量关系呢？ 一、实验思路 思考与讨论：(1)当我们要探究某个物理量与另外两个或多个物理量之间的定量关系时，我们在探究过程中通常需要如何来做比较合理？(2)我们在探究加速度与力、质量的关系时，我们应当如何应用控制变量法来进行实验？ (3)根据以上讨论，你认为实验过程中我们需要测量哪些物理量呢？(4)为最终实现对加速度与力、质量关系的探究，你是否可以用以下实验器材设计一个或几个方案完成这一任务呢？二、物理量的测量（一）物理量的测量1.质量的测量：用测量2.加速度的测量：方法一：如果物体做初速度为零的匀加速直线运动，则可利用刻度尺测量位移和秒表测量时间，然后由公式可算出。
物理 4.2探究加速度与力、质量的关系(共18张PPT)
(1) 为验证小车质量 M不 变时，a 与 F 成正比。小车质量 M 和沙及桶的质量 m 分别选取下列几组数值。应该用哪组效果
会好 ( B )
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 D. M＝200 g，m 分别为 30 g、40 g、50 g、60 g
得出结论：
在误差允许的范围内，加速度与力成 正比，与质量成反比。即：
m一定：a F
F一定：a 1 m
小 结：
1、实验的研究方法 2、研究方法 ： 控制变量法 —— 控制变量法
2、实验的注意事项 子的拉力小于钩码的重力。
2、研究方法 ： 控制变量法 应该用哪组效果会好 ( )
在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，研究加速度与力的关系时，当牵引小车的物体质量取值较大时，得到的图象将有明显的弯
⑴ 平衡摩擦力 曲，如图所示，试分析其原因。
⑴ 质量一定时，加速度与力的大小成正比
⑵ m << M
加速度的大小与物体的质量大小有关。
3、数据的处理方法 —— 图像法 200
0.
______________________________________。
研究对象，可用天平称其质量
则40下0 列说法中0.要正确的点是 ( ：)设法使图线成一条(过原点的)直线
0.15
F/ N
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
次数
1
当拉
2
力不
3
变时
4
5
a/m·s -2
实验：探究加速度与力、质量的关系-TK
控制变量法 1、控制m相同，探讨加速度a与F的关系 2、控制F相同，探讨加速度a与m的关系 这种先控制一个参量不变，研究其余参量之
间变化关系的方法叫控制变量法
思考几个问题
1.探究实验中提到的力，其内涵是什么？ 2.如果一个静止的物体受到不为零的合外力会 怎样运动？ 3.物体运动状态的改变是什么原因？质量对物体 的运动状态的改变有影响吗？ 4.加速度与哪些因素有关？
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擦力.
3.每条纸带必须在满足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.改变拉力和小车质量后,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
钩码的重力，即
F mg
整个实验只需进行一次平衡摩擦力的操作．
4.把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂小盘,先
接通电源再放开小车,打点计时器在纸带上打下 一系列的点,打完点后切断电源,取下纸带,在纸 带上标上纸带号码。
5.保持小车和砝码的质量不变,在小盘里放入适 量的砝码,把小盘和砝码的总质量m′记录下来, 重复步骤4.在小盘内再放入适量砝码,记录下小 盘和砝码的总质量m″,再重复步骤4.
滑轮前按住小车. 5.作图象时,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.
这样作图线时,坐标点间距不至于过密,误差会小些.
实验基本思路：保持物体的质 1.加速度与合外力的关系 量
采用控制变量法验 证牛顿第二定律
4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系
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4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系相关素材1
一、实例分析
1、通过实例分析，认识物体的加速度a与力F和质量m之间的定性关系
竞赛用的小汽车和普通小汽车的质量差不多，但发动机的功率比普通小汽车大很多，二者启动的情况有何不同？说明了什么？
一辆空车和一辆满载货物的车，在相同的牵引力作用下启动，二者启动的情况有何不同？说明了什么？
问题：加速度a与力F和质量m之间的定量关系如何？
2、实验探究物体的加速度a与力F和质量m之间的定量关系
了解实验探究的方法及思路：物理学中，探究一个量与几个量之间的关系，一般采用控制变量法（这种方法的基本思想是？）．根据这种方法，探究a与F、m之间的定量关系，应当按照以下思路进行：首先探究（），然后探究（），最后进行（），得出结论．设计实验方案：根据实验所探究的问题，这个实验应当模拟一个物体受力产生加速度的过程，为此，首先要有一个物体（小车），其次还要有一个给物体施力的装置和运动的环境，基本装置设计如图：
根据a与F、m之间的定性关系，可以猜想：a与F、m之间的定量关系，可能是个比例关系．根据这种猜想，实验探究时，无须测量a、F、m，只要用比较的方法测出它们的比值即可．
为了便于控制实验条件和分析比较，本实验用两套这样的装置，并用一个黑板擦通过细绳同时控制两小车的运动，如图：
在这个实验中，两小车的质量相同，水平面与小车之间的摩擦及空气的阻力忽略不计，小车在运动过程中受到合力可视为（）；另外，实验装置中砝码的质量m≪小车的质量M，拉力就近似等于（）；开始时，用黑板擦将两小车控制在同一位置．
以上只是实验探究a与F、m之间定量关系的一种方案，根据实验探究的问题，还有一种可行的思路：
①保持m一定，测出不同的力F作用下的加速度a，利用图像的方法分析a与F的关系．
②保持F一定，测出质量m不同的物体的加速度a，利用图像的方法分析a与m的关系．
③综合，确定a与F、m之间的定量关系．
根据这种思路，此实验方案需要测定的物理量有（），实验装置设计如图甲．很显然，图甲中小车受到的合力并不等于拉力，怎样才能使小车受到的合力就等于拉力？这就需要对图甲的装置进行改进．具体的做法是调节木板的倾斜程度，使小车重力沿斜面向下的分力恰好与（）平衡，即：使小车在不受牵引力时能拖动纸带匀速运动，改进后的实验装置如图乙．
二、小结
本节课是在牛顿第一定律的基础上，首先认识了物体的加速度a与其所受的合力F和质量m之间的定性关系，然后又进一步通过实验探究了它们之间的定量关系．对于这部分内容，需要掌握以下两点：
1、正确认识和理解a与F、m之间的关系（即：物体运动状态的改变与物体的受力、物
体的惯性之间的关系），并能运用这一关系分析解决有关的力学问题．
2、了解实验探究a与F、m之间关系的思维和实验过程，领略实验探究的思想和方法：
三、思考
思考：实验方案二中需要测量的物理量有：加速度、力和质量，其中质量可用（）测量，那么加速度怎么测量？怎么提供和测量物体需要的恒力？用什么方法分析处理实验数据的？。