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4.2 实验:探究加速度与力、质量的关系


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

新课导入
什么叫物体运动状态的改变?物体运动状态改变的原因是什么? 物体运动状态的改变即速度的改变即产生加速度. 由牛顿第一定律可知力是改变物体运动状态的的原因. 由此可知加速度与外力有关,那加速度还与什么有关呢?如图, 当我们用同样的外力推空车和推满载的车时有什么区别?



空车更容易被推动

由此可猜想加速度还与质量有关. 那这些猜想是否正确?如果正确, 究竟加速度与质量以及外力又有 什么具体关系呢?

思 考

物体的加速度a 可能和哪些因素有关?
m m F1<F2 F1 m1 m2 m1<m2 F

F2

F

结论:当物体质量 一定时,物体的加 速度随着力的增大 而增大。

结论:当力的大小 一定时,物体的加 速度随着质量的增 大而减小。

注意:这里的力指的是物体所受的合外力

实 验 方 案

方案: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。

1.怎样测量(或比较)物体的加速度? 2.怎样提供和测量物体所受的拉力F ? 注意:只有当盘和砝码的质量要比小车的 质量小得多时,小车所受拉力才近似等于 盘和砝码的总重力。

实 验 方 案

质量保 持不变

合外 力保 持不 变

探 究 加 速 度 与 力 的 关 系

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
10 g 小车质量M= 300 g,小车上砝码质量m=0 g,小盘质量M’=
小车1 小车2 次 盘中砝码 (M’+m’1)/g 位移 盘中砝码 (M’+m’2)/g 位移 数 质量m’ /g (表示F2大小) x2/cm 1 (表示F1大小) x1/cm 质量m’2/g 1 2 3 4

20 30

50

40
60 70

5

探 究 加 速 度 与 力 的 关 系
0

次 数

F2 F1

x2 x1

a
x 2 /x1

1 2 3 4

a2 a1

F2 / F1

F

探 保持物体所受的力相同,测量不同质量的物 究 体在该力作用下的加速度,分析加速度与质 加 量的关系 速 度 小车质量M= 300 g,小盘质量M’= 6 g,盘中砝码质量m’= 50 g 小车1 小车2 与 次 质 数 车上砝码 (M+m1)/g 位移 车上砝码 (M+m2)/g 位移 质量m1/g x1/cm 质量m2/g x2/cm 量 50 的 1 小车1质量M1 小车2质量M2 150 关 2 200 系 3 100
4 5

250

300

探 究 加 速 度 与 质 量 的 关 系
0

次 数

M2 M1

x2 x1

a
x2 /x1

1 2 3 4

a2 a1

M1 M2

M1 2 / M2 1

1 m

其 他 方 案

方案二:小车、打点计时器、纸带、一端 带滑轮的长木板、细线、砝码、钩码、刻 度尺、天平为器材,研究小车运动。 用天平测出 小车的质量m 从打点计时器打 出的纸带计算出 小车的加速度a 钩码的总重力 G当作小车受 到的拉力F

方案三:小车、一端带滑轮的长木板、细 线、砝码、钩码。利用频闪照相,拍下小 车运动情况进行分析,求出加速度a 。

数 据 处 理 : 加 速 度 与 力 的 关 系

s -2 次数 F/N a/m · 当小 车质 量不 变时
0.75

a/m· s -2

1 2 3 4 5

0.10 0.20 0.30 0.40 0.50
如何更 直观地 处理数 据?

0.146 0.302 0.428 0.592 0.751

0.60
0.45

0.30
0.15 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 F/ N

数 据 处 理 : 加 速 度 与 质 量 的 关 系

1.0 0.8 0.6

a/m· s -2

当 拉 力 不 变 时

次数 1 2 3 4 5

1 /kg -1 m/kg a/m · s -2 m 2.50 0.400 0.861 0.500 0.692 2.00 0.750 0.470 1.33 1.00 1.000 0.352 0.83 1.200 0.290

0.4 0.2
0

1m/ -1 /kg 0.2 kg 0.5 0.4 1.0 0.6 1.5 0.8 2.0 1.0 2.5 1.2m

交流总结
课后作业
1、完成实验报告。 2、设计一种方案,测量自行车启动时的 平均加速度。 3、以“控制变量法在物理实验中的应用 与意义”为题,写一篇科技小论文。


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