4.2 实验：
探究加速度与力、质量的关系
课堂检测：
1、牛顿第一定律正确揭示了运动和力的关系：
2、牛顿第一定律是理想定律
3、惯性
力是改变物体运动状态的原因
力不是维持物体运动的原因
不受力的物体是不存在的，不能用实验来验证。
一切物体在任何状态下都有惯性
惯性只与物体的质量有关
实验+推理
回顾:
加速度是描述____________的物理量
赛车为什么比普通小车加速快？
赛车动力强大，牵引力大
满载的货车比小车加速慢，原因又是什么呢？
小车质量小
物体的加速度与什么有关？是怎样的关系？
受力大，加速度大；质量大，加速度小
速度变化快慢
问题引入:
4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系
加速度a与力F和质量m都有关，我们是分别研究还是一起研究？
控制变量法
1、控制m相同，探讨加速度a与F的关系
2、控制F相同，探讨加速度a与m的关系
这种先控制一个参量不变，研究其余参量之间变化关系的方法叫控制变量法
实验设计: 参考方案一:用打点计时器探究
小车:
打点计时器: 测量小车运动过程中的加速度a
钩码: 重力提供拉力
研究对象, 天平称其质量m
合力F=?
G
FN
F
f
怎样测量 m 、 a 、 F ？
平衡摩擦力：
G
G1
FN
f
G1与摩擦力f平衡
问：如果此时给小车加上一个沿斜面向下的拉力F，那它受到的合力F=?
方法：不挂小盘和钩码，将木板的一端稍作垫高，逐渐调节木板的倾角，直到使小车拖着纸带匀速下滑（纸带上打下的点间距相等）
整个实验只需进行一次平衡摩擦力的操作．
钩码的重力，即
绳子的拉力等于钩码的重力吗？
不等于！因为钩码向下加速，所以绳子的拉力小于钩码的重力.
小车所受的合外力F近似等于钩码所受的重力的条件:
1、平衡了摩擦力
2、钩码的质量比小车质量小得多,即m <＇
例如：a与F的关系的有关数据资料如下表.
(1)画出a－F图象．
(2)从图象可判定：当m一定时，a与F成正比．
1、控制m相同，探讨加速度a与F的关系
m一定， a∝ F；
注意： 因实验中不可避免地出现误差，描出的点不完全在一条直线上
连线时应使直线过尽量多的点，不在直线上的点应大致对称分布在直线两侧，离直线较远的点应视为错误数据，不予考虑．
a与F成正比，图线是过原点的直线
例如：a与m的有关数据资料如下表.
2、控制F相同，探讨加速度a与m的关系
(2)从图象可以判定：当F一定时，a与m成反比．
F一定， a∝1/m
五、误差分析
　　1．质量的测量误差、纸带上打点计时器打点间隔距离的测量误差，拉线或纸带不与木板平行等都会造成误差．
　　2．用小盘及砝码的总重力代替小车受到拉力，存在系统误差．
　　3．平衡摩擦力不准造成误差
实验原理:
若物体作初速度为零的匀加速直线运动,则:

变形得:

在实验中，我们让两个小车同时运动同时停下,时间相同，则加速度的比值等于运动位移的比值，即:
参考案例二
实验数据处理
结论:
物体的加速度与力成正比
1、控制m相同，探讨加速度a与F的关系
结论:
物体的加速度与质量成反比
2、控制F相同，探讨加速度a与m的关系
例题1
　　某同学在做“探究加速度与力、质量的关系”的实验时，画出了如图所示的三条图线，这三条图线表示实验中的____________不同．
小车的质量
解析　过F轴上的某一点作一条平行于a轴的直线，与三条图线有三个交点，可以看出三个交点对应的纵坐标a的值不同，a的值越小，运动状态越难改变，惯性越大，质量也就越大，

答案　这三条图线表示实验中的小车的质量不同．
实验误差分析
　例2　用如图所示的装置研究质量一定时，加速度与力的关系．实验中认为细绳对小车的作用力F等于沙和桶的总重力mg. 根据测得的数据作出a－F 图线．发现横轴上的截距OA较大，明显地超出了偶然误差的范围，这是由于在实验中没有______________
平衡摩擦力
解析　细绳对小车的拉力F达到一定的数值前，小车仍静止，表示木板的摩擦力不能忽略，同时也表明该同学做实验时，没有给实验装置平衡摩擦力．
　　答案　给实验装置平衡摩擦力
变式训练2
　如果某同学根据测得的数据作出的a－F图线如图所示，则：实验中出现误差的原因是什么？
平衡摩擦力时，长木板的倾角过大
解析　当力F为零时，加速度不为零，就说明当力为零时，小车仍在长木板上向下加速，其原因就是平衡摩擦力时长木板倾角过大，使得小车的重力沿斜面向下的分力大于小车所受滑动摩擦力，所以应重新调整木板，平衡摩擦力．
四、实验注意事项
　　例4　在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，当作用力一定时(悬挂的小盘和重物所受的重力不变)，探索加速度与质量的关系时，下列说法正确的是(　　)
　A．平衡摩擦力时，应将小盘用细绳通过定滑轮系在小车上
　B．每次改变小车质量时，不需要重新平衡摩擦力
　C．实验时，先放开小车，再接通打点计时器的电源
　D．小车运动的加速度可用天平测出小车的质量M和小盘和重物的质量m，用公式 求出
B
解析　在平衡摩擦力时，不应将装沙的小桶通过定滑轮连在小车上，而是在木板后端垫上适应厚度的薄片，再观察小车能在木板上带着纸带匀速下滑即可，故选项A错误，B正确；操作时应先接通打点计时器的电源再放开小车，故选项C错误；牛顿第二定律是本实验要达到的目标，不能把它作为理论根据来计算加速度，其加速度只能从纸带提供的数据计算得出，故选项D错误．答案　B
方案三：
利用气垫导轨来探究加速度与力、质量的关系
光电门
数字计时器
拓展探究
课堂小结
本节课以实验为依据，采用控制变量法进行研究，根据已掌握的物理知识设计实验方案，探索物理规律是物理学研究的重要方法。
猜想与假设
实验验证
思考：如何设计实验?
m一定， a∝ F；

F一定， a∝1/m。