4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系 学案

［要点导学］

1．实验目的：探究加速度与外力、质量三者的关系。这个探究目的是在以下两个定性研究的基础上建立起的。

（1）小汽车和载重汽车的速度变化量相同时，小汽车用的时间短，说明加速度的大小与物体的质量有关。

（2）竞赛用的小汽车与普通小轿车质量相仿，但竞赛用的小车能获得巨大的牵引力，所以速度的变化比普通小轿车快，说明加速度的大小与外力有关。

2．实验思路：本实验的基本思路是采用控制变量法。

（1）保持物体的质量不变，测量物体在不同外力作用下的加速度，探究加速度与外力的关系。探究的方法采用根据实验数据绘制图象的方法，也可以彩比较的方法，看不同的外力与由此外力产生的加速度的比值有何关系。

（2）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，探究加速度与力的关系。探究的方法采用根据实验数据绘制图象的方法。

3．实验方案：本实验要测量的物理量有质量、加速度和外力。测量质量用天平，需要研究的是怎样测量加速度和外力。

（1）测量加速度的方案：采用较多的方案是使用打点计时器，根据连续相等的时间T内的位移之差Δx=aT2求出加速度。条件许可也可以采用气垫导轨和光电门。教材的参考案例效果也比较好。

（2）提供并且测量物体所受的外力的方案：由于我们上述测量加速度的方案只能适用于匀变速直线运动，所以我们必须给物体提供一个恒定的外力，并且要测量这个外力。教材的参考案例提供的外力比较容易测量，采用这种方法是不错的选择。

4． 对实验结果的分析是本实验的关键。如果根据实验数据描出的a-F图象和a-1/m图象都非常接近一条通过原点的直线，也只能说我们的实验结果是"在质量不变的条件下，加速度与外力成正比；在外力不变的条件下，加速度与质量成反比。"这一结果决不能说找出了定律，一个定律的发现不可能是几次实验就能得出的。

［范例精析］

例1 在图4-2-1中，一个乒乓球向运动员飞，运动员可以用球拍突然改变乒乓球的速度大小和方向。如果换一个排球向运动员飞，运动员仍然用球拍击球，其结果与击乒乓球有何不同？简述理由。

解析 单手用球拍击排球，我们可能没有试过，但是相信单手击排球的经历都会有过。生活经验告诉我们，改变排球的速度大小与方向要比改变乒乓球的速度大小与方向难得多。用乒乓球拍击排球，排球的速度大小和方向都很难控制。原因是排球的惯性比乒乓球大得多。

拓展 如果说排球运动员也能自如地控制排球的速度大小和方向，那么排球运动员击球的力量肯定比乒乓球运动员击球的力量大得多。在球类运动中，运动员用多大的力，使球产生多大的加速度；运动员用什么方向的力，使球产生什么方向的加速度，是一个重点研究的问题。