4.2 实验：探究加速实验：探究加速度与力、质量的关系度与力、质量的关系回顾回顾牛牛顿顿第第一一定定律律：一一切切物物体体总总保保持持匀匀速速直直线线运运动动状状态态或或静静止止状状态态，除除非非作作用用在在它它上上面面的的力力迫迫使使它它改改变变这这种状态。种状态。 1 1、质质量量是是物物体体惯惯性性的的量量度度，当当物物体体受受到到外外力力的的作作用用时，惯性表现为物体运动状态改变的难易程度。时，惯性表现为物体运动状态改变的难易程度。2 2、力力是改变物体运动状态（速度）的原因。是改变物体运动状态（速度）的原因。力是产生加速度的原因力是产生加速度的原因一切物体一切物体在在任何情况任何情况下都有下都有 惯性惯性运动状态越难改变运动状态越难改变运动状态越难改变运动状态越难改变物体质量越大物体质量越大物体质量越大物体质量越大相同外力作用下，速度变化越慢相同外力作用下，速度变化越慢相同外力作用下，速度变化越慢相同外力作用下，速度变化越慢加速度越小加速度越小加速度越小加速度越小力越大力越大力越大力越大运动状态改变越快运动状态改变越快运动状态改变越快运动状态改变越快加速度越大加速度越大加速度越大加速度越大思考：思考：物体产生的加速度大小可能与哪些因素物体产生的加速度大小可能与哪些因素有关呢？有关呢？思考：思考：可以可以利用什么方法利用什么方法利用什么方法利用什么方法定量的定量的定量的定量的探究物体的加速度探究物体的加速度探究物体的加速度探究物体的加速度a a与合外力与合外力与合外力与合外力F F、物体的质量、物体的质量、物体的质量、物体的质量mm之间的关系？之间的关系？之间的关系？之间的关系？合外力合外力合外力合外力F F、物体的质量、物体的质量、物体的质量、物体的质量mm定性的结论：定性的结论：1 1、物体的质量一定时，、物体的质量一定时，受力越大，受力越大，它获得的它获得的加加速度越大速度越大。2 2、物体受力一定时，它的质量越小，运动状态、物体受力一定时，它的质量越小，运动状态越容易改变，所以越容易改变，所以质量越小，加速度越大质量越小，加速度越大。研究思路研究思路v先保持物体质量先保持物体质量m不变不变，研究它的加速度，研究它的加速度a跟跟物体所受合力物体所受合力F的关系的关系; ;v再保持再保持物体所受合力物体所受合力F相同相同，研究物体的加研究物体的加速度速度a跟它的质量跟它的质量m的关系的关系。v最后用最后用数学的方法数学的方法把实验得出的把实验得出的a跟跟F的关的关系及系及a跟跟m的关系综合起来，找出的关系综合起来，找出a跟跟F和和m的关系。的关系。 探究加速度与力、质量的关系探究加速度与力、质量的关系:控制变量法控制变量法设计实验设计实验方案方案1 1：小车后面连接一纸带，用打点计时器记录小：小车后面连接一纸带，用打点计时器记录小车的运动情况。探究加速度与力、质量的关系。车的运动情况。探究加速度与力、质量的关系。钩码的总重力G当作小车受到的拉力F(近似法）近似法）从打点计时器打出的纸带计算出小车的加速度a用天平测出小车的质量m思考：思考：为保证小车受到的合外力为保证小车受到的合外力F F等于钩码的总重力等于钩码的总重力G，应该注意什么应该注意什么？1、实验条件实验条件：钩码与小车相比质量钩码与小车相比质量很小（或远远很小（或远远小于）小于），即即m车m码，此时细绳对小车的拉力，此时细绳对小车的拉力T 可以近似认为等于钩码所受的重力可以近似认为等于钩码所受的重力mg2、平衡摩擦力：平衡摩擦力：实验时要使实验时要使长木板倾斜一定的角度，长木板倾斜一定的角度，使小车的重力沿斜面的分力恰好与小车（连同纸带）使小车的重力沿斜面的分力恰好与小车（连同纸带）运动时所受的阻力相平衡，则绳中拉力就是小车运动运动时所受的阻力相平衡，则绳中拉力就是小车运动的合外力的合外力 方法：轻推小车，先用眼睛观察，然后再打一条方法：轻推小车，先用眼睛观察，然后再打一条纸带，若点迹均匀，即可确定小车作匀速运动了纸带，若点迹均匀，即可确定小车作匀速运动了思考：思考：若改变小车的质量，是否需要重新平衡摩擦力若改变小车的质量，是否需要重新平衡摩擦力？ 不需要不需要。因为小车质量变化后，其受的摩擦。因为小车质量变化后，其受的摩擦力会随之变化。而木板倾斜平衡摩擦力是利用力会随之变化。而木板倾斜平衡摩擦力是利用小车自身沿斜面方向分力抵消摩擦力，即小车自身沿斜面方向分力抵消摩擦力，即mgsin=mgcos，等式两边，等式两边m可消去，说明与可消去，说明与质量变化无关。质量变化无关。质量保质量保持不变持不变合外力合外力保持不保持不变变方方案案2 2思考：思考：思考：思考：怎样来比较怎样来比较怎样来比较怎样来比较物体运动的加速度物体运动的加速度物体运动的加速度物体运动的加速度的大小呢？的大小呢？的大小呢？的大小呢？实验实验根据初速度为零的匀加速直线运动的位移公式：根据初速度为零的匀加速直线运动的位移公式：根据初速度为零的匀加速直线运动的位移公式：根据初速度为零的匀加速直线运动的位移公式：x x= =atat2 2/2/2 当时间当时间当时间当时间t t相同时，相同时，相同时，相同时，研究对象小车的研究对象小车的研究对象小车的研究对象小车的位移位移位移位移x x与与与与加速度加速度加速度加速度a a成正成正成正成正比比比比，所以可以通过，所以可以通过，所以可以通过，所以可以通过比较比较比较比较x x的的的的大小来比较大小来比较大小来比较大小来比较a a的大小的大小的大小的大小a F实验结论：实验结论：当当m一定时，一定时，a和和F成正比成正比即即1、质量、质量m一定，加速度一定，加速度a与力与力F的关系的关系0 02、力、力F一定，加速度一定，加速度a与质量与质量m的关系的关系ma 1/m当当F一定时，一定时，a和和m成反比成反比即即1/m0 0a与与m的图象不直观，所以画的图象不直观，所以画a与与1/1/m的图象的图象-直观、明了。直观、明了。“化曲为直化曲为直” “图象法图象法” 方案方案3 3：利用气垫导轨：利用气垫导轨练习练习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”实验中，实验中，为了平衡摩擦力，需要在长木板的下面垫一木块（木为了平衡摩擦力，需要在长木板的下面垫一木块（木块垫在没有滑轮的一端），反复移动木块的位置，直块垫在没有滑轮的一端），反复移动木块的位置，直到测出小车所拖纸带上的各个相邻记数点之间的距离到测出小车所拖纸带上的各个相邻记数点之间的距离都都_为止这时小车在斜面上所做的是为止这时小车在斜面上所做的是_运动，小车拖着纸带运动时受到的摩擦阻力运动，小车拖着纸带运动时受到的摩擦阻力恰好与小车的恰好与小车的_平衡平衡相等相等匀速匀速重力沿斜面向下的分力重力沿斜面向下的分力解析解析D D：实验要求重物的质量远小于小车的质量，因为只有实验要求重物的质量远小于小车的质量，因为只有这样，重物的重力才近似等于细绳对小车的拉力。这样，重物的重力才近似等于细绳对小车的拉力。练习练习2 2在利用打点计时器探究加速度与力、质量关系在利用打点计时器探究加速度与力、质量关系的实验中，以下做法正确的是（的实验中，以下做法正确的是（ ）A. A. 平衡摩擦力时，应将重物用细绳通过定滑轮系在小平衡摩擦力时，应将重物用细绳通过定滑轮系在小车上车上B. B. 每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力C. C. 实验时，先放开小车，后接通电源实验时，先放开小车，后接通电源D.D.“重物的质量远小于小车的质量重物的质量远小于小车的质量”这一条件如不满这一条件如不满足，对探究过程也不会产生影响足，对探究过程也不会产生影响解析解析A A：平衡摩擦力时，不能把悬挂重物的细绳通过平衡摩擦力时，不能把悬挂重物的细绳通过定滑轮系在小车上，即不能对小车施加拉力。定滑轮系在小车上，即不能对小车施加拉力。解析解析B B：在木板无滑轮的一端下面垫一薄木块，反复移动其位置，在木板无滑轮的一端下面垫一薄木块，反复移动其位置，直到拖在小车后面的纸带上打出的点距均匀为止。设木板的倾直到拖在小车后面的纸带上打出的点距均匀为止。设木板的倾角为角为，则平衡摩擦力后有，则平衡摩擦力后有mg sin = = mg cos ，即，即 = = arctan，与小车的质量无关，故每次改变小车的质量时，不与小车的质量无关，故每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力。需要重新平衡摩擦力。解析解析C C：实验时，应先接通电源，待打点计时器工作稳定后实验时，应先接通电源，待打点计时器工作稳定后再放开小车。再放开小车。B练习练习3 3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”这一实这一实验中，有两位同学通过测量，分别作出验中，有两位同学通过测量，分别作出a一一F图象，图象，如图（如图（a）（）（b）中的）中的A、B线所示；试分析：线所示；试分析：(2)(2)B线在线在a轴上有一定的截距，表明轴上有一定的截距，表明F为为0 0即不即不加加F时小车已经有了一定的加速度，这是平衡摩擦力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时木板倾角太大，即太大，即平衡摩擦力过度平衡摩擦力过度引起的。引起的。aO( (a) )FAaO( (b) )FB(1)(1)A A线不通过坐标原点的原因线不通过坐标原点的原因是是: : (2)(2)B B线不通过坐标原点的原因线不通过坐标原点的原因是是: :解析：解析：(1)(1)A线在线在F轴上有一定的截距，表明轴上有一定的截距，表明F达达到一定的值后小车才开始有加速度，这是到一定的值后小车才开始有加速度，这是没有平衡没有平衡摩擦力，或平衡摩擦力不够摩擦力，或平衡摩擦力不够引起的。引起的。作业：作业本作业：作业本46-47、130-131及及127页的页的15、16、17