2016_2017学年高中物理专题4.2实验探究加速度与力质量的关系讲基础版解析版
人教版高中物理必修一课件-4.2实验：探究加速度与力、质量的关系
1、加速度与合外力的关系
实验基本思路：保持物体的质量不变，测量物体在 不同的合力作用下物体的加速度，分析加速度与合 外力的关系。
2、加速度与质量的关系
实验的基本思路：保持物体所受的合外力相同，测量 不同质量的物体在该力的作用下的加速度，分析加速 度与质量的关系。
1、每两个作同学业为：一个小组，设计探究实验的方案
拓展： 思考钩码的重力与绳子上的拉力之间由什么关系？
思考平行轨道为何没有水平防止？
谢谢
例题.甲、乙两同学在“探究加速度与合外 力F的关系”时，分别得到如图所示的图 象，这说明了什么？
例题.一打点计时器同定在斜面上某处，一小车拖着 穿过打点计时器的纸带从斜面上滑下，如图所示.下 图是打出的纸带的一段.已知打点计时器使用的交流 电频率为50Hz，利用图给出的数据可求出小车下滑 的加速度
2、.如图4－2－8所示，在“探究加速度与力、质量的关系”的 中实间所验两放中车砝，的码若位的1移、质分2量两别分个为别相x1为、同mx的有21，、小( 则m车2在所，)实受打验拉开误力夹差分子允别后许为经的F过1范、相围F同2内，的，车时
A．当m1＝m2、F1＝2F2时，x1＝2x2 B．当m1＝m2、F1＝2F2时，x2＝2x1 C．当F1＝F2、m1＝2m2时，x1＝2x2 D．当F1＝F2、m1＝2m2时，x2＝2x1
a F m
1.关于验证牛顿运动定律的实验,下列说法中符合实际的 是( ) D A.通过同时改变小车的质量m及受到的拉力F的研究,能归 纳出加速度、力、质量三者之间的关系 B.通过保持小车质量不变,只改变小车的拉力的研究,就可 以归纳出加速度、力、质量三者之间的关系 C.通过保持小车受力不变,只改变小车质量的研究,就可以 得出加速度、力、质量三者之间的关系 D.先不改变小车质量,研究加速度与力的关系;再不改变力, 研究加速度与质量的关系,最后归纳出加速度、力、质量 三者之间的关系
高中物理必修一课件-4.2实验：探究加速度与力、质量的关系17-人教版
合力F的测量
思考：怎样测量合力？
小车
F
FN 打点计时器 纸带
f
砝码
G
思考：能用绳子的拉力替代合力吗？什么情况 可以呢？
必须满足两点： 1、没有拉力时，小车其它力的合力为零。 2、加上拉力时，小车受到的其它力不变。
合力F的测量
1、什么情况下绳的拉力能替代合力？
小车
F
打点计时器 纸带
砝码
思考：拉力什么方向时，小车受到的其它力不变？ 拉力方向应该与木板平行，而不是水平。
据 实验次数 小车质量M 加速度ɑ
处
kg
m/s2
理
1.
小车受力F N
2.
3.
4.
5.
2、测量不同质量的物体在相同力作用下的加速度，
数 分析加速度与物体质量的关系：
据 实验 小车受力F 小车质量 加速度ɑ 1/M
处 次数
N
M
m/s2
kg﹣1
理
kg
1.
2.
3.
4.
5.
反 思
一.怎样平衡摩擦力？为什么这样做？
总
结 二.为什么要满足砝码的质量m远小于小车质
量M？什么情况下可以不需要这个条件？
三.实验数据处理时怎样能更加直观反应出两 者的关系？
课 后 1、将该节课实验的数据进行处理分析，建立 作 适当的直角坐标系，画出两者的线性关系。 业
2、根据画出的果总结出该实验的结论。
分别建立怎样的坐标系能直观的判断正比 关系和反比呢？
1.测量小车质量，然后安装好实验装置，平衡摩
实 擦力。（课前已经测量小车质量M=180g） 验 2.测出小桶质量（已测小桶质量m0=5g）,将小桶 步 通过细线绕过滑轮系在小车上。 骤 3.在小桶中放入砝码，将车拉到打点计时器附近，
高中物理实验【探究加速度与物体受力、物体质量的关系】
6
二、规律方法总结 1．数据处理 (1)利用 Δx＝aT2 及逐差法求 a. (2)以 a 为纵坐标，F 为横坐标，根据各组数据描点，如果这些点在一条过原点的直 线上，说明 a 与 F 成正比． (3)以 a 为纵坐标，m1 为横坐标，描点、连线，如果该线为过原点的直线，就能判定 a 与 m 成反比．
1
一、基本实验要求 1．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．
3
2．实验原理 (1)保持质量不变，探究加速度跟合外力的关系． (2)保持合外力不变，探究加速度与质量的关系． (3)作出 a -F 图象和 a-m1 图象，确定其关系． 3．实验器材 小车、砝码、小盘、细绳、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、低压交 流电源、导线两根、纸带、天平、米尺．
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2．注意事项 (1)平衡摩擦力：适当垫高木板的右端，使小车的重力沿斜面方向的分力正好平衡小 车和纸带受到的阻力．在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细绳系在小车上，让小车拉 着穿过打点计时器的纸带匀速运动． (2)不重复平衡摩擦力． (3)实验条件：m≫m′. (4)一先一后一按：改变拉力或小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器， 并应先接通电源，后释放小车，且应在小车到达滑轮前按住小车．
2.结合牛顿第二定律 mg－μMg＝(M＋m)a 得出物块与水平桌面间的动摩擦
因数.
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3．误差分析 (1)实验原理不完善：本实验用小盘和砝码的总重力 m′g 代替小车的拉力，而实际上 小车所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力． (2)摩擦力平衡不准确、质量测量不准确、计数点间距测量不准确、纸带和细绳不严 格与木板平行都会引起误差．
实验原理 的创新 1.利用力传感器可得轻绳上拉力大小. 2.将探究加速度与合力的关系转化为探究加速度与力传感器的示数的关系.
物理知识点高中物理4.2实验：探究加速度与力质量的关系人教版
物理知识点高中物理4.2实验：探究加速度与力、质量的关系人教版4.2实验：探究加速度与力、质量的关系班级________姓名________学号_____ 教学目标: ★知识与技能要求学生认真看书，明确用“比较”的方法测量加速度；探究加速度与力、质量的关系；作出a-F、a-1／m图象。
★过程与方法在学生实验的基础上得出a∝F、a∝1／m的实验结论，并使学生对牛顿第二定律有初步的理解。
2．渗透科学的发现、分析、研究等方法。
★情感态度与价值观通过对a∝F、a∝1／m的探究，在提高学生实验能力的基础上，体验探究带来的乐趣，激发学生学习物理的兴趣。
教学重点与难点:重点：对a∝F、a∝1／m的探究难点：对探究性实验的把握。
教学方式：本节课主要采取的是“实验――探究”教学方式。
教学工具：1．学生分组实验的器材：木板、小车、打点计时器、电源、小筒、细线、砝码、天平、刻度尺、纸带等。
(①附有滑轮的长木板2块；②小车2个；③带小钩或小盘的细线2条；④钩码(槽码)，规格：10 g、20 g，用做牵引小车的力；⑤砝码，规格：50 g、100 g、200 g，用做改变小车质量；⑥刻度尺；⑦1 m～2 m粗线绳，用做控制小车运动)如果没有小规格钩码或槽码，可以用沙桶及沙子替代，增加天平及砝码，用来测质量。
2．计算机及自编软件，电视机(作显示)。
3．投影仪，投影片。
教学设计：新课导入：1．复习提问：物体运动状态改变快慢用什么物理量来描述，物体运动状态改变与何因素有关?关系是什么?教师启发引导学生得出：物体运动状态改变快慢用加速度来描述，与物体质量及物体受力有关。
(学生更详细的回答可能为：物体受力越大，物体加速度越大；物体质量越大，物体加速度越小)2．教师引导提问进入新课：物体的加速度与物体所受外力及物体的质量之间是否存在一定的比例关系?如果存在，其关系是什么?请同学猜一猜。
(学生会提出很多种猜想，对每一种猜想，教师都应予以肯定)教师在学生猜想的基础上进一步引导启发学生：我们的猜想是否正确呢，需要用实验来检验。
人教版高一物理必修1课件：4.2实验：探究加速度与力、质量的关系
M(kg)
1
2
3
4
5
（2）作图分析：作a——1/ M图像
引入新课 猜想与假设 设计实验 进行实验 得出结论
得出结论
1、M一定，加速度a与F的定量关系： a M一定时
0
F
2、F一定，加速度a与M的定量关系:
a F一定时
1̶
M
（注意：这里的力F指的是物体所受的合外力）
引入新课 猜想与假设 设计实验 进行实验 得出结论
保持钩码的数量不变，改变小车的质量，
重复实验五次。
（1）实验数据记录
实验 小车质量 M / kg
次数
加速度 a / (m/s2)
（2）作图分析：
a F一定时
1
2
3
4 5
0
M1̶
引入新课 猜想与假设 设计实验 进行实验 得出结论
进行实验
实验方案二
用气垫导轨探究加速度和力、质量的关系
器材：气垫导轨、滑块、光电门、钩码、天平等
的大小。重复实验五次。 （1）实验数据记录
实验 小车受力F/N
次数
加速度 a / (m/s2)
1
（2）作图分析： 作a——F 图像
a M一定时
2
3
4
5
0
F
引入新课 猜想与假设 设计实验 进行实验 得出结论
进行实验
接通电源，放开小车，让小车在拉力的作用下做加速运动，用
纸带记录小车的运动情况
2、探究加速度与质量的关系（力不变）
重物的质量要远远小于小车的质量m物<<M车， 这样小车受到的拉力才等于重物的重力。
引入新课 猜想与假设 设计实验 进行实验 得出结论
高中物理人教必修 实验：探究加速度与力、质量的关系必修课件
解析：(1)平衡摩擦时，小车不受拉力作用下做匀速直线运动， 所以不能在动滑轮上挂上钩码，故 A 错误；平衡摩擦时有：mgsin α＝μmgcos α，即有 gsin α＝μgcos α，所以与质量无关，故 B 错 误，C 正确。 (2)由于本实验中的力传感器可以读取绳的拉力，所以不需要满 足所挂钩码质量远小于小车质量。 (3)由题图乙可知，当没有挂钩码时小车具有加速度，说明平衡 摩擦力时木板倾角过大，故选 B。 答案：(1)C (2)不需要 (3)B
aF
2、F一定，加速度a与m的定量关系:
a 1 m
（注意：这里的力指的是物体所受的合外力）
探究解惑
1、绳拉小车的力是不是小车受到的合外力？ 不是。如果将木板的一端稍作垫高，平衡掉摩擦力，使 小车匀速下滑，此时拉力才等于合外力。 2、绳子的拉力等于砝码的重量吗？为什么？ 不等于！因为砝码向下加速，所以绳子的拉力小于砝 码的重力。
时器间还有摩擦,计算时忽略掉,导致结果偏大.
谢 谢观看
例1、
(1)关于平衡摩擦力，下列说法正确的是________。 A．平衡摩擦力时，需要在动滑轮上挂上钩码 B．改变小车质量时，需要重新平衡摩擦力 C．改变小车拉力时，不需要重新平衡摩擦力 (2)实验中________(选填“需要”或“不需要”)满足所挂钩码 质量远小于小车质量。 (3)某同学根据实验数据作出了加速度 a 与力 F 的关系图像如图 乙所示，图线不过原点的原因是________。 A．钩码质量没有远小于小车质量 B．平衡摩擦力时木板倾角过大 C．平衡摩擦力时木板倾角过小或未平衡摩擦力
实验目的
1、理解通过控制变量法探究物体加速度与力、质量的 关系的方法。 2、理解实验思路以及用图像处理实验数据的有效性。 3、学会“化曲为直”法研究变量间的关系。 4、体会探究过程的严谨与合理性保持研究对象即小车的质量不变，通过改变悬挂槽码的个数
高中物理必修一-实验：探究加速度与力、质量的关系
实验：探究加速度与力、质量的关系知识集结知识元实验：探究加速度与力、质量的关系知识讲解实验：探究加速度与力、质量的关系1．实验目的、原理实验目的：验证牛顿第二定律，即物体的质量一定时，加速度与作用力成正比；作用力一定时，加速度与质量成反比．实验原理：利用砂及砂桶通过细线牵引小车做加速运动的方法，采用控制变量法研究上述两组关系．如图所示，通过适当的调节，使小车所受的阻力忽略，当M和m做加速运动时，可以得到当M>>m时，可近似认为小车所受的拉力T等于mg．本实验第一部分保持小车的质量不变，改变m的大小，测出相应的a，验证a与F的关系；第二部分保持m不变，改变M的大小，测出小车运动的加速度a，验证a与M的关系．2．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，小桶，细绳，砂，低压交流电源，两根导线，天平，刻度尺，砝码．3．实验步骤及器材（1）用天平测出小车和小桶的质量M和m，把数值记录下来．（2）按下图所示把实验器材安装好．（3）平衡摩擦力：在长木板的不带滑轮的一端下面垫上一块薄木板，反复移动其位置，直至不挂砂桶的小车刚好在斜面上保持匀速运动为止．（4）将砂桶通过细绳系在小车上，接通电源放开小车，使小车运动，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．（5）保持小车的质量不变，改变砂桶中的砂量重复步骤（4），每次记录必须在相应的纸带上做上标记，列表格将记录的数据填写在表内．（6）建立坐标系，用纵坐标表示加速度，横坐标表示力，在坐标系上描点，画出相应的图线以验证a与F的关系．（7）保持砂及小桶的质量不变，改变小车的质量(在小车上增减砝码)，重复上述步骤（5）、（6）验证a与M的关系．4．数据处理及误差分析（1）该实验原理中，可见要在每次实验中均要求M>>m，只有这样，才能使牵引小车的牵引力近似等于砂及砂桶的重力．（2）在平衡摩擦力时，垫起的物体的位置要适当，长木板形成的倾角既不能太大也不能太小，同时每次改变M时，不再重复平衡摩擦力．（3）在验证a与M的关系时，作图时应将横轴用表示，这样才能使图象更直观．5．注意事项（1）在本实验中，必须平衡摩擦力，方法是将长木板的一端垫起，而垫起的位置要恰当．在位置确定以后，不能再更换倾角．（2）改变m和M的大小时，每次小车开始释放时应尽量靠近打点计时器，而且先通电再放小车．（3）每次利用纸带确定a时，应求解其平均加速度．例题精讲实验：探究加速度与力、质量的关系例1.在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，下列做法中正确的是（）A．实验时，先接通打点计时器电源，再放开小车B．平衡摩擦力时，应将装砝码的砝码盘用细绳通过定滑轮系在小车上C．改变小车的质量再次进行实验时，需要重新平衡摩擦力D．小车运动的加速度可由牛顿第二定律直接求出例2.利用图示装置“探究加速度与力、质量的关系”，下列说法中正确的是（）A．实验时，应先接通打点计时器的电源，再放开小车B．平衡摩擦力时，应将装砝码的砝码盘用细绳通过定滑轮系在小车上C．改变小车的质量再次进行实验时，需要重新平衡摩擦力D．小车运动的加速度可由牛顿第二定律直接求出例3.某同学设计了一个验证牛顿第二定律的实验，下面图甲为其设计的实验装置简图．（1）如图乙所示，为该同学做某次实验得到的纸带，可以判断出这条纸带的运动方向是________．（选“向左”或“向右”）（2）如图丙所示，为该同学根据纸带上的测量数据进行分析处理后所描绘出来的实验图线示意图．设图中直线的斜率为k，在纵轴上的截距为b，若牛顿第二定律成立．则：小车受到沙桶的拉力大小为________N；小车的质量大小为________kg．当堂练习单选题练习1.在验证牛顿第二定律的实验中，按实验要求装置好器材后，应按一定步骤进行，下述操作步骤安排不尽合理，请选择出合理的实验顺序．（）（A）保持砂桶里的砂子质量不变，在小车里加砝码，测出加速度，重复几次；（B）保持小车质量不变，改变砂桶里砂子质量，测出加速度，重复几次；（C）用天平分别测出小车和小桶的质量；（D）平衡摩擦力，使小车近似做匀速直线运动；（E）挂上小桶，放进砂子，接通打点计时器的电源，放开小车，在纸带上打下一系列的点；（F）根据测量数据，分别画出a-F和a-的图线．A．B、D、C、E、A、F B．D、C、E、B、A、FC．C、E、A、B、F、D D．A、B、C、D、E、F练习2.在验证牛顿第二定律的实验中：某组同学用如图（甲）所示装置，采用控制变量的方法，来研究小车质量不变的情况下，小车的加速度与小车受到的力的关系，下列措施中不需要和不正确的是（）①首先要平衡摩擦力，使小车受到的合力就是细绳对小车的拉力②平衡摩擦力的方法就是，在塑料小桶中添加砝码，使小车能匀速滑动③每次改变拉小车的拉力后都需要重新平衡摩擦力④实验中通过在塑料桶中增加砝码来改变小车受到的拉力⑤实验中应先放小车，然后再开打点计时器的电源．A．①③⑤B．②③⑤C．③④⑤D．②④⑤练习3.在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，某同学组装了如图所示的装置．下列说法中正确的是（）A．小车释放时应靠近定滑轮B．平衡摩擦力时应将砝码盘与小车相连C．电磁打点计时器应实验低于6V的直流电源供电D．砝码和砝码盘的总质量应远小于小车的质量练习4.如图所示，在“验证牛顿运动定律”的实验中，下列做法不正确的是（）A．拉小车的细线应该与长木板平行B．小桶和砂的总质量应远小于小车的总质量C．平衡摩擦力时，必须通过细线挂上小桶和砂D．小车应紧靠打点计时器，先接通电源再释放小车练习5.在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，下列做法中正确的是（）A．实验时，先接通打点计时器电源，再放开小车B．平衡摩擦力时，应将装砝码的砝码盘用细绳通过定滑轮系在小车上C．改变小车的质量再次进行实验时，需要重新平衡摩擦力D．小车运动的加速度可由牛顿第二定律直接求出练习6.利用图示装置“探究加速度与力、质量的关系”，下列说法中正确的是（）A．实验时，应先接通打点计时器的电源，再放开小车B．平衡摩擦力时，应将装砝码的砝码盘用细绳通过定滑轮系在小车上C．改变小车的质量再次进行实验时，需要重新平衡摩擦力D．小车运动的加速度可由牛顿第二定律直接求出填空题练习1.在“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”活动中，某小组设计了如图甲所示的实验装置．图中上下两层水平轨道表面光滑，两小车前端系上细线，细线跨过滑轮并挂上砝码盘，两小车尾部细线连到控制装置上，实验时通过控制装置使两小车同时开始运动，然后同时停止．（1）在安装实验装置时，应调整滑轮的高度，使________；在实验时，为减小系统误差，应使砝码盘和砝码的总质量________小车的质量（选填“远大于”、“远小于”、“等于”）．（2）实验中获得数据如下表所示：其中小车Ⅰ、Ⅱ的质量m均为200g．实验次数小车拉力F/N位移x/cm1Ⅰ0.1Ⅱ0.246.512Ⅰ0.229.04Ⅱ0.343.633Ⅰ0.341.16Ⅱ0.444.804Ⅰ0.436.43Ⅱ0.545.56在第1次实验中小车Ⅰ从图乙中的A点运动到B点，则表中空格处的测量结果应该是_________．通过分析，可知表中第_______次实验数据存在明显错误，应舍弃．练习2.在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，采用如图a所示的实验装置，把附有滑轮的长木板平放在水平的实验桌上．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，小车所受拉力用F表示，小车的加速度可由小车后拖动的纸带由打点计时器打上的点计算出．（1）如图b为甲同学根据测量数据作出的a﹣图线，图线不过原点的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过（填“大”或“小”）；图线的AB段明显偏离直线的原因是．（填选项前字母）A．所挂钩码的总质量过小B．小车与轨道之间存在摩擦C．所用小车的总质量越来越大D．所用小车的总质量越来越小（2）乙、丙同学用同样器材做实验，所用小车总质量分别为M 乙和M 丙，画出了各自得到的a﹣F 图线如图c 所示，由图线可知M 乙M 丙（填“＞”、“=”或“＜”）．（3）在处理数据时，总是把托盘和砝码的重力当作小车所受牵引力．而实际上小车所受牵引力比托盘和砝码的总重力要一些（选填“大”或“小”）．因此，为使实验结论的可信度更高一些，应使托盘和砝码的总质量尽可能一些（选填“大”或“小”）．练习3.某同学用如图甲所示装置做“探究物体的加速度跟力的关系”的实验．实验时保持小车的质量不变，用钩码所受的重力作为小车受到的合力，用打点计时器和小车后端拖动的纸带测出小车运动的加速度．（1）实验时先不挂钩码，反复调整垫木的左右位置，直到小车做匀速直线运动，这样做的目的是_________________________________________．（2）图乙为实验中打出的一条纸带的一部分，从比较清晰的点迹起，在纸带上标出了连续的5个计数点A 、B 、C 、D 、E ，相邻两个计数点之间都有4个点迹没有标出，测出各计数点到A 点之间的距离，如图乙所示．已知打点计时器接在频率为50Hz 的交流电源两端，则此次实验中小车运动的加速度的测量值a =______m/s 2．（结果保留两位有效数字）（3）实验时改变所挂钩码的质量，分别测量小车在不同外力作用下的加速度．根据测得的多组数据画出a -F 关系图线，如图丙所示．试分析：图线不通过坐标原点O 的原因是___________________________；曲线上部弯曲的原因__________________________．练习4.某实验小组在实验室做“探究加速度与力、质量的关系”实验：（1）甲同学在物体所受合外力不变时，改变物体的质量，得到数据如下表所示｡实验次数物体质量m（kg）物体的加速度a（m/s2）物体质量的倒数1/m（1/kg）10.200.78 5.0020.400.38 2.5030.600.25 1.6740.800.20 1.255 1.000.16 1.00根据表中的数据，在图1所示的坐标中描出相应的实验数据点，并作出图象｡②由a-图象，你得出的结论为_____________________________________________｡③物体受到的合力大约为_______N｡（结果保留两位有效数字）（2）乙同学在保持小车质量不变的情况下，通过多次改变对小车的拉力，由实验数据作出的a-F图象如图2所示，则该图象中图线不过原点的原因是：__________________，小车的质量为________kg．（保留两位有效数字）练习5.在做“探究加速度与力、质量关系”的实验中，采用如图1所示的实验装置，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m一定，改变小车及车中砝码质量M，测出相应的加速度，采用图象法处理数据，为了比较容易地检查出加速度a与质量M的关系，应该做_______的图象（填“a-M”或“a-”）．（3）如图2（a）是甲同学根据测量数据做出的a-F图线，说明实验存在的问题是_______________________________（4）乙、丙同学用同一装置做实验，画出了各自得到的a-F图线，如图2（b）所示，两个同学做实验的哪一个物理量取值不同？答：_______________________________________．（5）若实验得到如图3所示的一条纸带，相邻两个计数点的时间间隔为T，B、C两点的间距x2和D、E两点的间距x4已量出，利用这两段间距计算小车加速度的表达式为______________．练习6.某同学做“探究加速度与力、质量关系”的实验．如图甲所示是该同学探究小车加速度与力的关系的实验装置，他将光电门固定在水平轨道上的B点，用不同重物通过细线拉同一小车，每次小车都从同一位置A由静止释放．（1）实验中可近似认为细线对小车的拉力与重物重力大小相等，则重物的质量m与小车的质量M间应满足的关系为____________；（2）若用游标卡尺测出光电门遮光条的宽度d如图乙所示，则d=___________cm；实验时将小车从图示位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间△t，则小车经过光电门时的速度为____________（用字母表示）；（3）测出多组重物的质量m和对应遮光条通过光电门的时间△t，并算出相应小车经过光电门时的速度v，通过描点作出v2-m线性图象（如图丙所示），从图线得到的结论是：在小车质量一定时，____________________．（4）某同学在作出的v2-m线性图象不通过坐标原点，开始实验前他应采取的做法是（）A．将不带滑轮的木板一端适当垫高，使小车在钩码拉动下恰好做匀速运动B．将不带滑轮的木板一端适当垫高，使小车在钩码拉动下恰好做匀加速运动C．将不带滑轮的木板一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀速运动D．将不带滑轮的木板一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀加速运动．练习7.为了探究物体的加速度与质量的关系，某实验小组的同学设计了如图所示的实验装置，装置中有电火花打点计时器、纸带、带滑轮的长木板（滑轮光滑）、垫块、小车和砝码（总质量用M 表示）、砂和砂桶（总质量用m表示）、刻度尺等，请回答下列问题：（1）实验误差包含偶然误差和系统误差，本实验中纸带与打点计时器、小车与长木板之间的摩擦和空气阻力对实验的影响属于__________（填“偶然误差”或“系统误差”）．（2）按如图的方式将长木板有计时器的一端适当垫高，以平衡摩擦力，使小车能带动纸带在长木板上做匀速运动．（3）探究小车的加速度与其质量的关系时，可以通过改变小车中砝码的个数来改变小车的质量．在完成本实验时，为了使沙桶和沙的总重力近似地等于小车的牵引力，则沙桶和沙的总质量与小车和砝码的总质量的关系应满足____________．（4）在完成实验操作后，将得到的数据用图象进行处理，则小车加速度的倒数与小车和砝码的总质量M的函数图象正确的是_________．练习8.某同学在实验室用如图甲所示的实验装置探究加速度与质量关系的实验．（1）为了尽可能减少摩擦力的影响，需将长木板的右端垫高，在______（选填“有”或“没有”）沙桶拖动下，轻推一下小车，使小车能拖动穿过打点计时器的纸带做____________________．（2）通过改变________（选填“沙和沙桶”或“小车”）的质量，可探究加速度与_______（选填“小车”或“沙和沙桶”）质量的关系；（3）如果某次实验打出的纸带如图乙所示，O为起点，A、B、C为过程中的三个相邻的计数点，相邻的计数点之间有四个点没有标出，A、B、C到O点的距离在图中乙标出，所用交流电的频率为f，则测出小车运动的加速度为_______________．练习9.某物理兴趣小组的同学用图甲所示装置来“验证牛顿第二定律”．同学们在实验中，都将砂和小桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小，通过改变小桶中砂的质量改变拉力．为使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，实验中需要平衡摩擦力．①下列器材中不必要的是______（填字母代号）．A．低压交流电源B．秒表C．天平（含砝码）D．刻度尺②下列实验操作中，哪些是正确的_________（填字母代号）．A．调节滑轮的高度，使牵引小车的细绳与长木板保持平行B．每次实验，都要先放开小车，再接通打点计时器的电源C．平衡摩擦力时，将悬挂小桶的细线系在小车上D．平衡摩擦力时，让小车后面连着已经穿过打点计时器的纸带③图乙是某同学实验中获得的一条纸带．A、B、C为三个相邻的计数点，若相邻计数点之间的时间间隔为T．A、B间的距离为x1，A、C间的距离为x2，则小车的加速度a=__________（用字母表达）．④图丙是小刚和小芳两位同学在保证小车质量一定时，分别以砂和小桶的总重力mg为横坐标，以小车运动的加速度a为纵坐标，利用各自实验数据作出的a-mg图象．a．由小刚的图象，可以得到实验结论：_____________________________________．b．小芳与小刚的图象有较大差异，既不过原点，又发生了弯曲，下列原因分析正确的是__________（填字母代号）．A．图象不过原点，可能是平衡摩擦力时木板倾角过大B．图象不过原点，可能是平衡摩擦力时木板倾角过小C．图象发生弯曲，可能是砂和小桶的质量过大D．图象发生弯曲，可能是小车的质量过大⑤正确平衡摩擦力后，小组中一位同学保持砂和小桶总重力mg不变，通过在小车上增加砝码改变小车质量，进行实验并得到实验数据．处理数据时，他以小车和砝码的总质量M为横坐标，为纵坐标，作出-M关系图象，示意图如图丁所示，发现图线从纵轴上有截距（设为b）．该同学进行思考后预测：若将砂和小桶总重力换成另一定值（m+△m）g，重复上述实验过程，再作出-M图象．两次图象的斜率不同，但截距相同均为b．若牛顿定律成立，请通过推导说明该同学的预测是正确的．练习10.用如图所示的装置探究加速度与力和质量的关系，带滑轮的长木板和弹簧测力计均水平固定．（1）实验时，一定要进行的操作是____________a．小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，打出一条纸带，同时记录弹簧测力计的示数；b．改变砂和砂桶质量，打出几条纸带c．用天平测出砂和砂桶的质量d．为减小误差，实验中一定要保证砂和砂桶的质量远小于小车的质量（2）以弹簧测力计的示数F为横坐标，以加速度a为纵坐标，画出的a-F图象可能正确的是_______（3）若小车匀速运动时，测力计的示数为F，则小车受到的摩擦力为___________（4）若求出的a-F图象的斜率为k，则小车的质量为__________．。
高中物理 第4章 2实验 探究加速度与力、质量的关系课件 新人教版必修1
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【答案】 (1)平衡摩擦力 B (2)步骤D 6 V电压的蓄电池 6 V以下交流学生电源 (3)步骤G a－M a－M1
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实验探究二 数据处理 本实验的数据处理可以采用计算法和图象法两种方法： 1．计算法 测得加速度或加速度之比(等于位移之比)后，通过计算看看 是否满足aa12＝FF12、aa12＝MM21.
量一定时，受力越大，其加速度越大．
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2．控制变量法：加速度a和质量m、受力F都有关系．研究 它们之间的关系时，先保持质量不变，测量物体在不同力的作 用下的加速度，分析加速度与力的关系；再保持物体所受的力 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．这种先控制一个参量不变，研究其余参量之 间变化关系，再控制另一个参量不变，研究其余参量之间变化 关系的方法叫控制变量法．
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5．保持小车的质量不变，改变所挂重物的重力，重复步骤
4，多做几次实验，每次小车从同一位置释放，并记录好重物的
重力m1g、m2g…以及计算出相应纸带的加速度填入表格1.
表格1 物体的质量一定，加速度与受力的关系
实验次数
1 2 3 4 5
加速度a/(m·s－2)
小车受力F/N
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图4－2－5
到一条纸带，在纸带上取连续的六个计时点， 如图所示，相邻两点间的距离分别为10.0 mm、12.0 mm、14.0 mm、16.0 mm、18.0 mm，则打E点时小车的速度为_____m/s， 打A、F两点的过程中小车的平均速度为________m/s，小车的 加速度为________m/s2.
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6.保持托盘中所放重物的质量不变，在小车上加放砝码，并 测出小车与所放砝码的总质量M，接通电源，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．
高中物理 4.2实验：探究加速度与力、质量的关系课件
2. 数据采集：
a/ms-2
表一：物体质量不变 M＝0.2kg 1.5
12345
F / N 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20
1.0
a/ms-2 0.48 0.70 0.91 1.11 1.30
0.5
3. 数据处理： 方法一、计算法
O 0.4 0.6 0.8 F/ N
方法二、图象法
4. 结论：质量一定时，加速度与力的大小成正比
直观的得出加速度与质量成反比的结论？
4. 结论：力的大小一定时，加速度与质量成反比
注意事项
1.实验前必须要平衡摩擦力（平衡后，不管以后 是改变小车质量还是拉力，都不需重新平衡摩擦 力） 2.每次实验都要满足小车总质量大于钩码的质量 (m《M) 3.小车应尽量靠近打点计时器并先接通电源再放 开小车（交流） 4.作图时，要使尽可能多的点落于所作的直线上， 不在直线的点应尽可能对称分布在所作直线的两 侧 5.细线要跟板面平行
实验结论
结论：物体的加速度跟作合用外力力成正比，跟物体的 质量成反比
a F合
a 1
a F合 m
F合 ma
m
F合 kma
牛顿第二定律： F= ma （当各量均取国际制单位时， k=1 ）
第三章 牛顿运动定律
4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系
牛顿第一定律
物体不受外力 物体处于静止或匀速直线运 所受合外力为零 动状态，即运动状态不变。
如果物体所受合外力不为零，则物体运动状态会 发生改变（速度变化），即产生加速度。
思考：物体加速度a和哪些因素有关？
探究加速度与力、质量的关系
m
F1
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
平衡摩擦力
【教案学案】物理必修一4.2实验：探究加速度与力、质量的关系docx
第四章 牛顿运动定律第二节 实验：探究加速度与力、质量的关系编制 审核 编号 023一、实验目的学会用控制变量法探究物理规律．全面正确地认识加速度与力、质量的关系． 二、实验原理1．加速度是表示物体运动速度变化快慢的物理量．根据事实经验，加速度与物体的质量有关．物体受力一定时，质量越小，加速度就越大．加速度还与物体受力的大小有关，物体质量一定时，受力越大，其加速度越大．2．控制变量法：加速度a 和质量m 、受力F 都有关系．研究它们之间的关系时，先保持质量不变，测量物体在不同力的作用下的加速度，分析加速度与力的关系；再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．这种先控制一个参量不变，研究其余参量之间变化关系，再控制另一个参量不变，研究其余参量之间变化关系的方法叫控制变量法．三、实验器材砝码，一端有定滑轮的长木板，细线，纸带，导线，夹子，小盘，天平，小车，打点计时器，交流电源，复写纸，刻度尺．四、实验步骤1．用天平测出小车和重物的质量分别为M 0、m 0，并把数值记录下来． 2．按图4－2－1将实验器材安装好(小车上不系绳)．图4－2－13．平衡摩擦力，在木板无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)．4．将重物通过细绳系在小车上，接通电源放开小车，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此时所挂重物的重力m 0g .5．保持小车的质量不变，改变所挂重物的重力，重复步骤4，多做几次实验，每次小车从同一位置释放，并记录好重物的重力m 1g 、m 2g …以及计算出相应纸带的加速度填入表格1.保持托盘中所放重物的质量不变，在小车上加放砝码，并测出小车与所放砝码的总质量通电源，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．7．继续在小车上加放砝码，重复步骤6，多做几次实验，在每次得到的纸带上标上号码． 8．计算出每次实验所得纸带的加速度值及小车与砝码的总质量填入表格2.本实验的数据处理可以采用计算法和图象法两种方法： 1．计算法测得加速度或加速度之比(等于位移之比)后，通过计算看看是否满足a 1a 2＝F 1F 2、a 1a 2＝M 2M 1.2．图象法(1)分析加速度和力的关系依据表格1，以加速度a 为纵坐标，以外力F 为横坐标，作出a －F 关系图象，如图4－2－3所示，由此得出结论．(2)分析加速度和质量的关系依据表格2，以加速度a 为纵坐标，以小车及砝码的总质量M 或1M为横坐标作出a －M 或a －1M关系图象，如图4－2－4所示，据图象可以得出结论．图4－2－4实验结论：物体的加速度与作用在物体上的合外力成正比，与物体的质量成反比．六、误差分析七、注意事项(1)平衡摩擦力时不要挂重物，整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变小盘和重物的质量还是改变小车及砝码的质量，都不需要重新平衡摩擦力．(2)实验中必须满足小车和砝码的总质量远大于小盘和重物的总质量．只有如此，重物和小盘的总重力才可视为与小车受到的拉力相等．(3)小车应靠近打点计时器且先接通电源再放手．(4)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两侧．离直线较远的点是错误数据，舍去不予考实验探究一原理步骤例：用如图所示的装置研究在作用力F一定时，小车的加速度a与小车质量M的关系，某位同学设计的实验步骤如下：A．用天平称出小车和小桶及内部所装砂子的质量；B．按图装好实验器材；C．把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂砂桶；D．将电磁打点计时器接在6 V电压的蓄电池上，接通电源，放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，并在纸带上标明小车的质量；E．保持小桶及其中砂子的质量不变，增加小车上的砝码个数，并记录每次增加后的M值，重复上述实验；F．分析每条纸带，测量并计算出加速度的值；G．作a－M关系图象，并由图象确定a－M关系．(1)该同学漏掉的重要实验步骤是________，该步骤应排在________步骤之后．(2)在上述步骤中，有错误的是________，应把________改为____________．(3)在上述步骤中，处理不恰当的是________，应把________改为________．【答案】(1)平衡摩擦力 B(2)步骤D 6 V电压的蓄电池 6 V以下交流学生电源(3)步骤G a－M a－1M实验探究二 数据处理例 (2014·蒙自高一检测)在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，某同学使用了如图4－2－5所示的装置，打点计时器的打点频率为50 Hz.(1)该同学得到一条纸带，在纸带上取连续的六个计时点，如图所示，相邻两点间的距离分别为10.0 mm 、12.0 mm 、14.0 mm 、16.0 mm 、18.0 mm ，则打E 点时小车的速度为_____m/s ，打A 、F 两点的过程中小车的平均速度为________m/s ，小车的加速度为________m/s 2.图4－2－6(2)该同学要探究小车的加速度a 和质量M 的关系，应该保持拉力不变；得到多组数据后他应描绘的图象是________⎝⎛⎭⎫选填a －M 还是a －1M . (3)该同学通过对数据的处理作出了a －F 图象如图4－2－7所示，则 ①图中的直线不过原点的原因是____________． ②此图中直线发生弯曲的原因是____________．【解析】 (1)v E ＝x DF 2T ＝(16.0＋18.0)×10－32×0.02m/s ＝0.85 m/sv AF ——＝x AF 5T ＝(10.0＋12.0＋14.0＋16.0＋18.0)×10－35×0.02m/s ＝0.7m/s ；由Δx ＝aT 2可得a ＝Δx T 2＝2×10－30.022m/s 2＝5 m/s 2；(2)在拉力一定时，a 与M 成反比，故得到多组数据后他应描绘的图象是a －1M；(3)①由图象可知，当拉力为0时小车的加速度大于0，故直线不过原点的原因是平衡摩擦阻力时角度过大；②要使绳子所挂沙和沙桶的重力的大小作为细绳对小车拉力的大小，必须使m ≪M ，否则将会出现较大误差，当沙和沙桶的质量过大时，沙和沙桶的重力与绳的拉力有较大的差异，从而产生很大的误差．【答案】 (1)0.85 0.7 5 (2)a －1M(3)①平衡摩擦阻力时角度过大 ②沙和沙桶的质量过大，不再满足m ≪M。
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4.2 实验探究加速度与力、质量的关系
【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。
表(一)
表(二)
【数据处理】
1．计算加速度：在纸带上标明计数点，测量各计数点间的距离，根据逐差法计算各条纸带对应的加速度。
2．作图象找关系：根据记录的各组对应的加速度a 与小车所受牵引力F ，建立直角坐标系，描点画a F 图象，如果图象是一条过原点的倾斜直线，便证明加速度与作用力成正比。
再根据记录的各组对应的加速度a 与小车和砝码总质量M ，建立直角坐标系，描点画 a 1M
图象，如果图象是一条过原点的倾斜直线，就证明
了加速度与质量成反比。
【误差分析】 1．系统误差
(1)产生原因：①实验原理不完善引起的误差。
本实验用小盘和砝码的总重力mg 代替对小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力。
小盘和砝码的总质量越小于小车的质量，由此引起的误差就越小。
②摩擦力平衡不准确、纸带和细绳不严格与木板平行。
(2)减小方法：
①满足小盘和砝码的总质量远小于小车的质量。
②精确操作，确保平衡摩擦力以及纸带和细绳严格与木板平行。
2．偶然误差
(1)产生原因：质量测量不准确、计数点间距离测量不准确。
(2)减小方法：多次测量求平均值。
【注意事项】
1．平衡摩擦力：在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细绳系在小车上，即不要给小车加任何牵引力，并要让小车拖着纸带匀速运动。
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擦力。
2．实验条件：每条纸带都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。
3．一先一后一按住：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，且应在小车到达定滑轮前按住小车。
4．作图：作图时，两坐标轴的比例要适当，要使尽可能多的点落在所作直线上，不在直线上的点应尽可能对称地分布在所作直线两侧。
另一个方案：
保持力不变
保持小车质量不变
为什么x2 /x1 可以表示小车 2 的加速度a? 为什么F2 / F1 可以表示小车 2 所受的拉力F?
为什么 x 2 /x 1 可以表示小车 2 的加速度 a ? 为什么M 2 / M 1可以表示小车2的质量 m ? 为什么M 1 / M 2又表示小车 2 的 1/m ? （二）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，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。
【典型例题】
【例题】在做“探究加速度与力、质量的关系”的实验时，计算出各纸带的加速度后，将测得的反映加速度a 和F 关系的有关资料记录在表一中，将测得的反映加速度a 和质量M 关系的有关资料记录在表二中． 表一
表二
(1)根据表中所列数据，分别画出a －F 图象和a －1
M
图象．
(2)从图象可以判定：当M 一定时，a 与F 的关系为________；当F 一定时，a 与M 的关系为________． (3)由a －F 图象可知，M ＝________.
(4)由a －1
M
图象可知，F ＝________(保留一位有效数字)．
【答案】 (1)a －F 图象和a －1
M
图象分别如图甲、乙所示．
(2)正比关系 反比关系 (3)0.5 kg (4)4 N
【针对训练】在“探究加速度与力，质量的关系”的实验中，采用如图所示的装置． (1)本实验应用的实验方法是________． A ．控制变量法 B ．假设法 C ．理想实验法
(2)下列说法正确的是________．
A ．在探究加速度与质量的关系时，应改变拉力的大小
B ．在探究加速度与外力的关系时，应该改变小车的质量
C ．在探究加速度a 与质量m 的关系时，为了直观判断二者间的关系，应作出a －1
M
图象
D ．当小车的质量远大于托盘和砝码的总质量时，才能近似认为细线对小车的拉力大小等于托盘和砝码受到的总重力大小
(3)某同学测得小车的加速度a 和拉力F 的数据见下表．(小车质量保持不变)
①根据表中的数据在坐标图上作出a－F图象．
②图线不过原点的原因可能是____________________．
(4)图线(或延长线)与F轴截距的物理意义是
____________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________.
【答案】(1)A (2)C、D (3)①图见解析②未平衡摩擦力或平衡摩擦力不够(4)小车受到的阻力为0.1 N.
(4)由a－F图象可知，当力F＝0.1 N时，小车开始运动，说明此时小车受到的阻力为0.1 N.。