探究小车加速度实验

高中物理

《实验：探究加速度与力、质量的关系》导学案

【学习目标】

1、学会用控制变量法研究物理规律，

2、学会利用函数图像分析物理量之间的关系 3、探究加速度与力、质量的关系 【学习重点】

探究加速度与力、质量的关系，利用函数图像分析物理量之间的关系 【学习难点】

由实验结果得出结论， 【知识链接】

1、打点计时器是测什么的仪器 打点周期是多少 时间 0.02s

2、如何用纸带求加速度 逐差法

【学习过程】（认真阅读教材p71-74页完成下列问题）

打点计时器

一、实验目的：

1、 探究加速度与力、质量的关系：

2、掌握利用控制变量法研究多变量之间的关系。 3、掌握利用图像处理实验数据的方法。 二、实验原理

1、采用控制变量法：当研究对象有两个以上的参量发生牵连变

化时，我们设法控制某些参量使之不变化，而研究其中 两个量 的变化的方法。本试验有F m a三个参量，研究加速度与力、

质量的关系时，我们先控制一个变量。即当力不变时，加速度与 m 的关系； 当质量不变时，加速度与 F 的关系。 2、要测量的物理量有：

三、实验器材

打点计时器，纸带及复写纸片，小车，一端附有定滑轮的长木板，小桶和砂，细绳， 导线，天平， 砝码 刻度尺 、 低压

高中物理课堂教学教案 年 月 日

质量和力的关系 课 型 课 题 §4.2 实验:探究加速度、新授课（1课时） 教学目标知识与技能 1．理解物体运动状态的变化快慢，即加速度大小与力有关，也与质量有关． 2．通过实验探究加速度与力和质量的定量关系． 3．培养学生动手操作能力． 过程与方法 1．指导学生半定量的探究加速度和力、物体质量的关系，知道用控制变量法进行实验． 2．学生自己设计实验，自己根据自己的实验设计进行实验． 3．对实验数据进行处理，看一下实验结果能验证什么问题， 情感态度与价值观 1．通过探究实验，培养实事求是、尊重客观规律的科学态度． 2．通过实验探究激发学生的求知欲和创新精神． 3．培养与人合作的团队精神． 教学重点 1．控制变量法的使用． 2．如何提出实验方案并使实验方案合理可行． 3．实验数据的分析与处理． 教学难点 1．如何提出实验方案并使实验方案合理可行． 2．实验数据的分析与处理． 教学重点、难点教学方法教学手段 探究、讲授、讨论、练习

实验的系统分析：探究小车加速度与它受到的合外力的关系

探究“加速度与质量、力的关系”的实验方法

北京顺义杨镇第一中学 范福瑛

《探究加速度与质量、力的关系》实验是新课程实验考查的重点和热点，该实验可从设计实验方法、实验步骤、图象法处理实验数据、误差分析等角度设置问题，检验学生的综合实验能力，能很好地凸显新课程的教学要求。问题是探究的核心，下面就实验中几个重要问题进行精析，以求最优的实验方法。

本实验研究小车（或滑块）的加速度a与其所受的合外力F、小车质量M关系，实验装置的主体结构如图所示。由于涉及到三个变量的关系，采用控制变量法，即：

（1）控制小车的质量M不变，讨论a与F的关系。

（2）再控制托盘和钩码的质量不变即F不变，改变小车的质量M，讨论a与M的关系。

（3）综合起来，得出a与F、M之间的定量关系。

实验涉及三个物理量的测量：即质量、加速度、和力，其中加速度和力的测量方法具有探究意义。

一、如何测量小车的加速度

1．纸带分析方法

例如：“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”的实验装置如图甲所示。在平衡小车与木板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0．02s。从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，量出相邻计数点之间的距离。

实验的系统分析：探究小车加速度与它受到的合外力的关系

探究“加速度与质量、力的关系”的实验方法

北京顺义杨镇第一中学 范福瑛

《探究加速度与质量、力的关系》实验是新课程实验考查的重点和热点，该实验可从设计实验方法、实验步骤、图象法处理实验数据、误差分析等角度设置问题，检验学生的综合实验能力，能很好地凸显新课程的教学要求。问题是探究的核心，下面就实验中几个重要问题进行精析，以求最优的实验方法。

本实验研究小车（或滑块）的加速度a与其所受的合外力F、小车质量M关系，实验装置的主体结构如图所示。由于涉及到三个变量的关系，采用控制变量法，即：

（1）控制小车的质量M不变，讨论a与F的关系。

（2）再控制托盘和钩码的质量不变即F不变，改变小车的质量M，讨论a与M的关系。

（3）综合起来，得出a与F、M之间的定量关系。

实验涉及三个物理量的测量：即质量、加速度、和力，其中加速度和力的测量方法具有探究意义。

一、如何测量小车的加速度

1．纸带分析方法

例如：“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”的实验装置如图甲所示。在平衡小车与木板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0．02s。从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，量出相邻计数点之间的距离。

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

【学习目标】

1.认识影响加速度的因素—力和质量.

2.通过实验测量加速度、力、质量，分别作出加速度与力、加速度与质量的关系图象. 3.能根据图象得出加速度与力、质量的关系. 4.体会“控制变量法”对研究问题的意义. 【知识链接】

1.探究加速度与力、质量的关系

（1）物体运动状态变化的快慢，也就是物体 的大小，与物体的 有关，还与 有关

（2）物体的质量一定时，受力越大，其加速度就 ；物体的受力一定时，质量越小，加速度就

（3）探究加速度与力的定量关系时，应保持物体 不变，测量物体在 的加速度；探究加速度与质量的关系时，应保持物体 不变，测量不同质量的物体在 下的加速度。

2.制定实验方案时的两个问题

（1）测量物体的加速度可以用刻度尺测量 ，并用秒表测量 ，由公式 算出.也可以在运动物体上安装一条通过打点计时器的纸带，根据 来测量加速度。

（2）在这个实验中也可以不测加速度的具体数值，这是因为我们探究的是 关系.

　　按照教材中的实验装置和原理，本实验的研究对象是小车，探究的是小车的加速度a与其所受合力F以及质量m之间的关系。在平衡摩擦力之后绳的拉力就是小车F所受的合力，而将盘和砝码的重力mg近似当作小车的拉力，所以测出了盘和砝码的重力mg就测出了小车受的合力F。采用的方法是控制变量法，即在探究加速度与力的关系时，保持小车的质量不变，通过改变盘中砝码的个数来改变小车的拉力;在探究加速度与质量的关系时，保持盘和砝码的质量不变，通过改变小车上的砝码个数来改变小车的质量。其实实验中小车的拉力不等于盘和砝码的重力，所以这样处理必然造成系统误差。从理论上分析只有当M》m时，拉力将无限接近mg。但在实际中要想保证M》m又很难控制，所以按此思路进行实验系统误差不仅不可避免反而可能很大，很可能探究不出加速度与其所受合力以及质量之间的正确关系。

　　如果变换研究对象，还用这个装置，可以有效的消除实验过程中带来的系统误差。就是把研究对象由小车改为由小车、盘和砝码组成的系统，探究的是系统的加速度a与其所受合力F以及质量M+m之间的关系，那么在平衡摩擦力之后，盘和砝码的重力mg就是系统的合力，而不是近似相等。这样在探究加速度和力的关系

实验：探究加速度与力、质量的关系

在前面的学习中，我们知道了如何描述物体的运动状态。我们用什么来描述它呢？对，用速度来描述，那速度无论是大小还是方向有一个发生变化，我们就说物体的运动状态发生改变。那我们又如何描述速度的变化呢？对，用加速度。 那这节课我们就来探讨加速度与力、质量这两个物理量之间的关系。在定量分析之前，我们先来定性地做一个讨论。假如有两辆汽车，咱们有两个同学要驾驶它们比赛。A组呢，是相同质量的法拉利、奇瑞QQ，但是法拉利的马力是1000匹，而QQ的马力是300匹，那我们同学会选哪辆呢？肯定是法拉利，为什么呀？因为法拉利跑的更快一些。也就是说相同质量的物体，受到的外力越大，速度变化的越快，加速度越大；B组是相同马力的两辆车，但是一个车呢质量较小——是小轿车，而另一辆车呢质量较大——是满载的大货车。那同学们会选哪辆？小轿车，为什么呀？这也就是说受到相同的外力的物体，质量越小，加速度越大。那通过这两个例子，我们可以看出来：加速度与外力是呈正相关的，与质量呢是负相关的。那究竟它们有怎样的定量关系，我们通过实验来探究。 运动状态→速度→加速度 a：与F呈正相关，与m呈负相关。 M一定

向心加速度与科氏加速度小认识

向心加速度及与速度方向垂直的速度不改变速度大小只改变方向。 在时间很短的情况下。向心方向产生一个速度与切向速度合成。那么久而久之速度就会越来越大啊？ 答：与速度垂直的加速度，必然是由一个与速度垂直的力产生的，而瞬时位移始终是瞬时速度方向相同的，所以产生垂直加速度（向心加速度）的力始终和瞬时位移垂直。因此这个力对物体不做功，物体的动能不增加，所以物体的速度不增加。 我觉得只有这样算是比较好理解的，如果一定要用加速度的效果来计算，我猜想可能需要用到求极限或者是求导数的方法，还是向量求极限或求导数，计算会更麻烦的。 科氏加速度

认识历史

旋转体系中质点的直线运动

科里奥利力是以牛顿力学为基础的。1835年，法国气象学家和工程师科里奥利提出，为了描述旋转体系的运动，需要在运动方程中引入一个假想的力，这就是科里奥利力。引入科里奥利力之后，人们可以像处理惯性系中的运动方程一样简单地处理旋转体系中的运动方程，大大简化了旋转体系的处理方式。由于人类生活的地球本身就是一个巨大的旋转体系，因而科里奥利力很快在流体运动领域取得了成功的应用。

物理学中的科里奥利力

4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系

一、填空题。

1、实验目的是探究物体加速度与 、 的关系。 2、本实验的基本思路是采用 法。

3、保持物体的 不变，测量物体在不同力作用下的 ，探究加速度与 的关系，探究时可以采用根据实验数据绘制图象的方法，也可以采用比较的方法，看不同的 外力与由此外力产生的加速度的比值有何关系。

4、保持物体的 相同，测量不同质量的物体在该力作用下的加速度，探究加速度与 的关系，探究时采用实验数据绘制图象的方法。

5、实验中取小车作为研究物体，需要测量的物理量有三个： 、小车所受、 的力、 。小车的质量可以用 测量，要改变小车的质量，可以在小 车中增减 ；用小盘和砝码牵引小车，使小车做匀加速运动的力与小盘和砝码的重力 相等，增减小盘中的砝码就可以改变小车受到的力；在小车上安装一条纸带，根据 打出的点来测量小车获得的加速度。

6、实验器材包括一端带滑轮的长木板， ，纸

牛顿第二定律实验探究

(附----打点计时器、用打点计时器测速度和加速度)

一，打点计时器

打点计时器有电磁打点计时器和电火花计时器两种。它们使用交流电源，电磁打点计时器由学生电源供电，工作电压6V以下，电火花计时器工作电压220v。当电源频率是50HZ时，它每隔0.02s打一个点。当每5个点取一个计数点，或说每隔4个点取一个计数点时时间间隔为0.1s。

电火花计时器比电磁打点计时器阻力小。 二，用打点计时器测速度

因为匀变速直线运动在某段时间内的平均速度等于这段时间中点的瞬时速度，所以

第n个相同时间T秒末的速度υn=（xn+xn+1）/2T 如图第3个计数点的速度υ3=（x3+x4）/2T

有时为了减小误差可用υ3=（x1+x2+x3+x4+x5+x6）/6T来计算

0 x1 1 x2 2 x3 3 x4 4 x5 5 x6 6 三，测加速度

加速度为a的匀加速直线运动，在连续相等的时间内的位移分别为x1、x2、x3···· 则Δx=x2—x1=x3—x2=······=aT

2

，a=Δx/ T2

如图a=（X2-X1）/ T2=（X3-X2）/ T2=（X4-X3）/ T2 等等 有时为了减小误差

a={（X2-X1）/ T2+（X