人教版（新课标）高中物理必修一第四章牛顿运动定律——4.2探究力与力、质量的关系实验

由牛顿第一定律可知：物体不受外力所受合外力为零物体处于静止或匀速直线运动状态，即运动状态不变。那么设想：如果物体所受合外力不为零，则物体运动会怎样？问题 物体加速度a和哪些因素有关？你是怎么知道的？问题 2.实验：探究加速度与力、质量的关系 加速度大小与物体受力大小有关，质量一定时，受力越大，其加速度越大加速度还与物体质量有关，受力一定时，质量越小，其加速度越大，这里的力指物体所受合力。问题通过课本上的图，你能定性地说出图中加速度与力质量的关系吗？分析2分析1 实验要说明什么问题?如何由实验得出结论?怎么设计这个实验?a与F关系?a与m关系?1.测量哪些量?2.怎么测量?数据处理控制一个量不变a、F、mm：a:F:天平打点计时器物体所受的合力问题1问题2问题3 研究方法：控制变量法保持物体的质量不变，测量物体在不同作用下的加速度，分析加速度与合外力的关系。保持物体所受力合外力相同，测量不同质量的物体在该力下的加速度，分析加速度与质量的关系。 怎样测量物体的质量？怎样测量物体的加速度？怎样给小车提供一个恒定的合力？活动一设计实验问题1问题2问题3 实验装置图 如何测定小车受到的合力？绳子拉力大小与钩码的重力大小关系？什么情况下，绳子拉力近似等于钩码重力即小车所受的合力？问题4问题5问题6 加速度与合力的关系实验基本思路：保持小车的质量不变，测量小车在不同作用下的加速度，分析加速度与合力的关系。怎样改变合力？探究1问题7 F/Na/m·s-20.150.300.450.600.7500.10.20.30.40.5当小车质量不变时次数F/Na/m·s-2123450.100.1460.200.3020.300.4280.400.5920.500.751问题8如何更直观地处理数据？ 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？探究2问题9 m/kga/m·s-20.20.40.60.81.000.20.40.60.81.01.2a/m·s-20.20.40.60.81.000.51.01.52.02.5/kg-1m1当拉力不变时次数m/kga/m·s-212345/kg-12.502.001.331.000.83m10.4000.8610.5000.6920.7500.4701.0000.3521.2000.290问题10如何更直观地处理数据？ 以小车、一端带滑轮的长木板、粗线、砝码、钩码、天平、刻度尺、宽口夹子为实验器材，研究小车的运动。怎样测量（或比较）物体的加速度？怎样提供和测量物体所受的拉力F？活动二问题1问题2 保持物体的质量不变，测量物体在不同的力作用下的加速度，分析加速度与力的关系小车质量M=g,小车上砝码质量m=g,小盘质量M’=g次数小车1小车212345位移x1/cm位移x2/cm(M’+m’2)（g）(表示F2大小)盘中砝码m’2（g）200100105020304060盘中砝码m’1（g）(M’+m’1)（g）(表示F1大小)70 F2/F1x2/x10次数1234x2x1F2F1Faa1a2 小车质量M=g,小盘质量M’=g,盘中砝码质量m’=g次数小车1小车212345(M+m1)(M+m2)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300650车上砝码m1（g）位移x1/cm10050150200250车上砝码m2（g）位移x2/cm小车1质量M1小车2质量M2300 x2/x10次数1234M2/M1x2x1M2M1M1/M2M1M2am1a1a2 1．整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变小盘和砝码的质量还是改变小车和砝码的质量，都不需要重新平衡摩擦力．平衡摩擦力是指使小车所受动力(小车重力沿斜面方向的分力)与小车所受阻力(包括小车所受摩擦力和打点计时器对小车之后所拖纸带的摩擦力)大小相等．平衡摩擦力时，应在小车后拖上纸带，先接通电源，再用手给小车一个初速度，若在纸带上打出的点的间隔是均匀的，则表明平衡了摩擦力，否则必须重新调整小木板的位置．实验注意事项 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．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． 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．误差分析 小结问题1加速度与力的关系？问题2加速度与质量的关系？问题3如何利用控制变量法？问题4本实验的注意事项和误差分别为什么？