1、第二节 影响加速度的因素 第三节 探究加速度与力、质量的定量关系,第四章 力与运动,学习目标 1.学会用控制变量法研究物理规律. 2.掌握定量探究加速度与物体受到的合外力、物体质量关系的方法. 3.了解气垫导轨减小摩擦的原理和光电门及数字计时器在实验中的作用. 4.能作出物体运动的aF、a 图象，并会利用图象发现实验规律.,内容索引,技能储备 明确原理 提炼方法,题型演练 学以致用 实训演练,达标检测 检测评价 达标过关,技能储备,一、影响加速度的因素 1.物体所获得的加速度与物体的 和物体的 都有关系. 2.加速度的测量：加速度不是一个可以直接测量的量，可通过时间、 等能直接测量的量去间接地
2、测量加速度.例如，由静止开始做匀变速直线运动的物体，可通过测量时间、位移，由位移s 间接测 量加速度a .,受力情况,质量,位移,3.定性探究影响加速度的因素 (1)实验器材 带有刻度尺的光滑斜面、一辆四轮小车、秒表、弹簧测力计、砝码. (2)实验基本思想 法. (3)实验过程 加速度与物体所受合力的关系(保持车的质量不变),控制变量,实验设计： 如图1所示，将小车从斜面上由静止释放； 记下小车的运动时间t； 从斜面的刻度尺上读出小车的位移s； 由a 可求出小车的加速度； 改变斜面与水平面的夹角，可以改变小车受到的合外力大小，重复上面的实验步骤.,图1,实验结论： 当物体的质量保持不变时，物体
3、受到的合外力逐渐增大，其加速度将逐渐 ；反之，物体受到的合外力逐渐减小，其加速度也逐渐 .加速度的方向与合外力的方向相同. 加速度与物体质量的关系(保持小车所受合力不变),增大,减小,实验设计： 把小车放在斜面上，用弹簧测力计沿斜面向上拉小车，使小车保持静止状态，记下弹簧测力计的示数. 撤去弹簧测力计，将小车从斜面上由静止释放，用秒表记录小车的运动时间t并读出小车的位移s，由a 可求出小车的加速度. 在小车上 ，重复、.重复步骤时，应调整斜面倾角保持弹簧测力计示数不变. 实验结论： 当物体受到的合外力不变时，物体的质量增大，其加速度减小；反之，物体的质量减小，其加速度 .,增加砝码,增大,二、
4、探究加速度与力、质量的定量关系 1.实验器材 气垫导轨、滑块(包括挡光片)、橡皮泥、光电门、数字计时器、砝码、天平. 2.实验原理 (1)实验的基本思想控制变量法 保持滑块的质量不变，改变 探究a与 的关系. 保持滑块所受的合外力不变，改变其 探究a与 的关系. (2)三个物理量 滑块的质量、滑块所受的拉力、滑块的加速度.,合外力,F,m,质量,3.实验过程 (1)实验装置如图2所示，让滑块在砝码拉力的作用下做加速运动，记录下滑块通过光电门的速度、砝码的质量、两光电门间的距离.,图2,(2)保持滑块质量不变，通过增加(或减少)砝码的数量来改变拉力的大小.重复实验3次.,(3)将实验结果填入表一
5、，并计算每一次滑块的加速度a. 表一 滑块质量M kg,(4)用纵坐标表示加速度，横坐标表示作用力，根据实验结果画出滑块运动的aF图象，从而得出a与F的关系. (5)保持砝码的质量不变，即滑块所受的拉力不变. 在滑块上增加(或减少)橡皮泥来改变滑块的质量，重复进行几次实验，记下实验数据.将实验结果填入表二.,表二 拉力F N,(7)实验结论：当M一定时，a与F成正比；当F一定时，a与M成反比. 4.注意事项 (1)使用气垫导轨做实验时注意：气垫导轨是较精密的仪器，实验中必须避免导轨受碰撞、摩擦而变形、损伤，没有给气垫导轨通气时，不准在导轨上强行推动滑块. (2)改变砝码的数量时，要始终保证砝码
6、的总质量远小于滑块的质量.,题型演练,例1 为了“探究加速度与力、质量的定量关系”，使用如图3所示的气垫导轨装置进行实验.其中G1、G2为两个光电门，它们与数字计时器相连，当滑行器通过光电门G1、G2时，光束被遮挡的时间t1、t2都可以被测量并记录.滑行器连同上面固定的一条形挡光片的总质量为M，挡光片宽度为D，光电门间距离为s，牵引砝码的质量为m.回答下列问题：,一、实验原理,图3,(1)实验开始应先调节气垫导轨下面的螺钉，使气垫导轨水平，在不增加其他仪器的情况下，如何判定调节是否到位？,答案,解析,答案 见解析,解析 取下牵引砝码，滑行器放在任意位置都不动，或取下牵引砝码，轻推滑行器，数字计
7、时器记录每一个光电门的光束被遮挡的时间t都相等.,(2)若探究加速度与力的关系，应保持 的质量不变；若探究加速度与质量的关系，应保持 的质量不变.,答案,答案 见解析,解析 滑行器；牵引砝码.,解析,(3)若取M0.4 kg，改变m的值，进行多次实验，以下m的取值不合适的一个是 . A.m15 g B.m215 g C.m340 g D.m4400 g 答案 见解析 解析 本实验只有在满足mM的条件下，才可以用牵引砝码的重力近似等于对滑行器的拉力，所以D是不合适的.,答案,解析,(4)在此实验中，需要测得每一个牵引力对应的加速度，其中求得的加速度a的表达式为： .(用t1、t2、D、s表示)
8、答案 见解析,答案,解析,二、实验数据处理,例2 在“探究加速度与力、质量的定量关系”实验中，某次实验测得如下数据：当m一定时，a与F的关系如表一所示；当F一定时，a与 的关系如表二所示. 表一 表二,答案,(1)在如图4所示的相应坐标系中，根据表一、表二所给数据作出图象. 表一 表二,图4,答案 作出图象如图所示,(2)由图象可以判定：当m一定时，a与F成 ；当F一定时，a与m成 .,正比,反比,答案 am图象是曲线，难以找出规律；a 图象是直线，容易找出规律.,答案,实验数据的处理方法图象法、“化曲为直”法 1.研究加速度a和力F的关系 以加速度a为纵坐标，力F为横坐标，根据测量数据描点，
9、然后作出图象，如图5所示，若图象是一条通过原点的直线，就能说明a与F成正比.,图5,2.研究加速度a与质量m的关系 如图6所示，因为am图象是曲线，检查am图象是不是双曲线，就能判断它们之间是不是成反比关系，但检查这条曲线是不是双曲线，相当困难.若a和m成反比，则a与 必成正比.我们采取“化曲为直”的方法，以a为纵坐标，以 为横坐标，作出a 图象，若a 图象是一条过原点的直线，说明a与 成正比，即a与m成反比.,图6,三、其他实验方法的探究,1.“探究加速度与力、质量的定量关系”实验设计考虑的一个重点是如何保持小车(或滑块)的合外力不变及如何改变合外力大小.为此，需消除摩擦力的影响，气垫导轨上
10、滑块受到的摩擦力可以忽略不计，合外力等于绳的拉力；而在不光滑的木板上运动的小车，则需要平衡摩擦力. 2.平衡摩擦力的方法：在长木板不带滑轮的一端下面垫一木块，反复移动木块位置，直到轻推小车在斜面上运动时可保持匀速运动为止(纸带上相邻点间距相等). 3.在平衡摩擦力时，不要悬挂砝码盘，但小车应连着纸带且接通电源；平衡摩擦力后，改变小车质量后无须再重新平衡摩擦力.,例3 某实验小组利用图7所示的装置探究加速度与力、质量的定量关系.,图7,解析,(1)下列做法正确的是 (填字母代号). A.调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行 B.在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，将装有砝码的
11、砝码 桶通过定滑轮拴在木块上 C.实验时，先放开木块再接通打点计时器的电源 D.通过增减木块上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度,答案,解析 实验中细绳要与长木板保持平行，A项正确； 平衡摩擦力时不能将装有砝码的砝码桶通过细绳绕过滑轮拴在木块上，B项错误； 实验时应先接通打点计时器的电源再放开木块，C项错误； 平衡摩擦力后，改变木块上的砝码质量后不需要再重新平衡摩擦力，D项正确.,(2)图8是甲、乙两同学根据实验数据画出的图象.,图8,形成图线甲的原因是 . 形成图线乙的原因是 . 解析 图线甲中F0时，木块就有了加速度，可见是长木板倾角过大.图线乙中，有了拉力时，加速度仍为0，说明未
12、平衡摩擦力或平衡摩擦力不够.,长木板倾角过大,未平衡摩擦力或平衡摩擦力不够,答案,解析,例4 两个小车并排放在光滑水平桌面上，小车前端系上细线，线的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘里分别放有不同质量的砝码(图9甲).小车所受的水平拉力F的大小可以认为等于砝码(包括砝码盘)所受的重力大小.小车后端也系有细线，用一只夹子夹住两根细线(图乙)，控制两辆小车同时开始运动和结束运动.,图9,由于两个小车初速度都是零，运动时间又相同，因为s ，即sa， 所以只要测出两小车位移s之比就等于测出了它们的加速度a之比.,实验结果是：当两小车质量相同时， ；当拉力F相等时， .实验中用砝码(包括砝码盘)所受的重力
13、Gmg的大小作为小车所受拉力F的大小，这样做会引起实验误差，为了减小这个误差，G与小车所受重力Mg之间需要满足的关系是： . 解析 实验过程中，当两小车质量相同时，砝码(包括砝码盘)重力越大，相同时间内位移越大，则加速度越大，进行实验时会发现，加速度与所受拉力成正比；若砝码重力不变，即拉力不变时，质量越大的小车，相同时间内位移越小，即加速度越小，进行测量分析知，加速度与质量成反比.如果砝码(包括砝码盘)的重力G远小于小车的重力Mg时，G近似等于拉力F.,加速度与拉力成正比,加速度与质量成反比,GMg,解析,答案,1.控制变量法：当研究多个物理量的变化规律时，为了简便，可设计保持其他物理量不变，
14、只研究剩余两个变化物理量的关系，这种方法叫做控制变量法.两个相同的小车放在光滑水平面上，前端各系一条细绳，绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘中各放数目不等的砝码，就可以验证质量一定的条件下，加速度与力的关系.,2.对比实验法：对比实验法在物理实验中经常用到. 两小车后端各系一条细绳，一起被一个夹子夹着而使小车静止(如图10所示).打开夹子，两小车同时开始运动，关上夹子，两小车同时停下来.用刻度尺测出两小车通过的位移，位移之比就等于它们的加速度之比.,图10,达标检测,1.(实验原理)如图11所示为一气垫导轨，导轨上安装有一个光电门B，滑块上固定一挡光片，滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力
15、传感器相连，力传感器可测出绳子上的拉力大小.传感器下方悬挂钩码，每次滑块都从A处由静止释放.,1,2,3,(1)该同学用游标卡尺测量挡光片的宽度d2.25 mm.,图11,(2)实验时，由数字计时器读出挡光片通过光电门B的时间t1.0102 s，则滑块经过光电门B时的瞬时速度为 m/s.,解析 实验时，将滑块从A位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门B的时间t，滑块经过光电门时的瞬时速度可近似认为是滑块经过光电门的平均速度.即 0.225 m/s.,答案,解析,1,2,3,0.225,(3)若某同学用该实验装置探究加速度与力的关系， 要求出滑块的加速度，还需要测量的物理量是_ (文字
16、说明并用相应的字母表示).,答案,解析,1,2,3,解析 根据运动学公式a 得，若要得到滑块的加速度，还需要测量的物理量是挡光片到光电门的距离s.,挡光片到光电门的距离s,下列不必要的一项实验要求是 .(请填写选项前对应的字母) A.滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量 B.应使A位置与光电门间的距离适当大些 C.应将气垫导轨调节水平 D.应使细线与气垫导轨平行 解析 拉力是直接通过力传感器测量的，故与小车质量和钩码质量的大小关系无关，故A错误； 应使A位置与光电门间的距离适当大些，有利于减小误差，故B正确； 应将气垫导轨调节水平，使拉力等于合力，故C正确； 要保持细线与气垫导轨平行，拉力才等
17、于合力，故D正确.,1,2,3,解析,答案,2.(实验的数据处理)“探究加速度与力、质量的定量关系”的实验装置如图12甲所示.,图12,(1)在平衡小车与桌面之间摩擦力的过程中，打出了一条纸带如图乙所示.计时器打点的时间间隔为0.02 s，从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，测量并标出相邻计数点之间的距离.该小车的加速度a m/s2.,0.16,解析 由题意可知计数点间的时间间隔T5T00.1 s. 由题图乙可知s0.16 cm1.6103 m，由saT2可得a0.16 m/s2.,1,2,3,解析,答案,1,2,3,(2)平衡摩擦力后，将5个相同的砝码都放在小车上.挂上砝码盘，然后每次从
18、小车上取一个砝码添加到砝码盘中，测量小车的加速度.小车的加速度a与砝码盘中砝码总重力F的实验数据如下表：,答案,1,2,3,解析,请根据实验数据在图13所示坐标系中作出aF的关系图象.,图13,答案 见解析图,解析 aF图线如图所示.,答案,1,2,3,解析,(3)根据提供的实验数据作出的aF图线不通过原点，请说明主要原因. 答案 计算F时忘记加入砝码盘的重力 解析 平衡小车与桌面之间的摩擦力后，aF图象仍不通过原点，是由于在计算F时忘记加入砝码盘的重力，使作出的图象向左平移.,3.(实验的误差分析)(多选)甲、乙、丙、丁四位同学在做“探究加速度与力、质量的定量关系”的实验时(使用图14所示的
19、装置)，设小车和车上砝码的总质量为M，小盘及盘中砝码的总质量为m，分别得出如图中甲、乙、丙、丁四个图象，其中甲、乙、丙是aF图象，丁是a 图象，则下列说法正确的是,1,2,3,图14,1,2,3,解析,答案,A.甲和乙没有把握好实验条件M 远大于m B.丙和丁没有把握好实验条件M 远大于m C.甲中长木板的倾角太小，乙中 长木板的倾角太大 D.甲、乙、丙三位同学中，丙 同学较好地完成了平衡摩擦 力的操作,1,2,3,解析 图象甲和乙都是直线，说明满足小车和车上砝码的总质量M远大于小盘及盘中砝码的总质量m，而丙和丁没有把握好此条件.故图线出现弯曲，A错误，B正确； 甲、乙、丙中只有丙图经过原点，说明只有丙较好地完成了平衡摩擦力的操作，D正确； 图象甲中图线在横轴上有截距，即F为某一值时才开始有加速度，说明长木板倾角太小，没有很好地平衡摩擦力，而图象乙中图线在纵轴上有截距，说明长木板倾角太大，平衡摩擦力过度，C正确.,