202X_202X版新教材高中物理第四章第2節(jié)實驗：探究加速度與力、質量的關系課件新人教版必修第一冊

1、第第2節(jié)實驗：探究加速度與力、質量的關系節(jié)實驗：探究加速度與力、質量的關系一、實驗目的一、實驗目的1.學會用控制變量法探究物理規(guī)律。學會用控制變量法探究物理規(guī)律。2.探究加速度與力、質量的關系。探究加速度與力、質量的關系。3.掌握利用圖像處理數(shù)據(jù)的方法。掌握利用圖像處理數(shù)據(jù)的方法。二、實驗方案的設計二、實驗方案的設計1.實驗思路實驗思路采用控制變量法：在探究加速度與力、質量三者關系時，先讓其采用控制變量法：在探究加速度與力、質量三者關系時，先讓其中一個量保持不變來探究其他兩個量之間的關系。如圖所示，將中一個量保持不變來探究其他兩個量之間的關系。如圖所示，將小車置于水平木板上，通過滑輪與槽碼相連

2、，小車在槽碼的牽引小車置于水平木板上，通過滑輪與槽碼相連，小車在槽碼的牽引下運動。下運動。(1)加速度與力的關系：保持小車質量不變，通過改變槽碼的個數(shù)改變小車所受加速度與力的關系：保持小車質量不變，通過改變槽碼的個數(shù)改變小車所受的拉力。測得不同拉力下小車運動的加速度，分析二者之間的定量關系。的拉力。測得不同拉力下小車運動的加速度，分析二者之間的定量關系。(2)加速度與質量的關系：保持小車所受的拉力不變，通過在小車上增加重物改加速度與質量的關系：保持小車所受的拉力不變，通過在小車上增加重物改變小車的質量。測得不同質量的小車在拉力下運動的加速度，分析二者之間的變小車的質量。測得不同質量的小車在拉力

3、下運動的加速度，分析二者之間的定量關系。定量關系。2.實驗器材實驗器材 打點計時器、紙帶、復寫紙片、小車、一端附有定滑輪的長木板、槽碼、砝碼打點計時器、紙帶、復寫紙片、小車、一端附有定滑輪的長木板、槽碼、砝碼、夾子、細繩、交流電源、導線、天平、夾子、細繩、交流電源、導線、天平(帶有一套砝碼帶有一套砝碼)、刻度尺。、刻度尺。3.物理量的測量物理量的測量三、實驗步驟三、實驗步驟1.安裝器材：按如圖所示將實驗器材安裝好安裝器材：按如圖所示將實驗器材安裝好(小車上不系繩小車上不系繩)。2.用天平分別稱出小車和槽碼的質量。用天平分別稱出小車和槽碼的質量。3.阻力補償：把木板無滑輪的一端下面墊一薄木板，反

4、復移動其位置，使小車在不阻力補償：把木板無滑輪的一端下面墊一薄木板，反復移動其位置，使小車在不掛槽碼的情況下，能沿木板做勻速直線運動掛槽碼的情況下，能沿木板做勻速直線運動(紙帶上相鄰點的間距相等紙帶上相鄰點的間距相等)。4.把小車停在打點計時器處，掛上槽碼，先接通電源，再讓小車拖著紙帶在木板上勻把小車停在打點計時器處，掛上槽碼，先接通電源，再讓小車拖著紙帶在木板上勻加速下滑，打出一條紙帶，紙帶記錄了小車的運動情況，取下紙帶并在紙帶上標上加速下滑，打出一條紙帶，紙帶記錄了小車的運動情況，取下紙帶并在紙帶上標上編號及此時所掛槽碼總重力編號及此時所掛槽碼總重力mg。注意操作先后順序注意操作先后順序5

5、.加速度與力的關系：保持小車的質量不變，改變槽碼的個數(shù)，重復步驟加速度與力的關系：保持小車的質量不變，改變槽碼的個數(shù)，重復步驟4，多做幾，多做幾次實驗，并記錄好相應紙帶的編號及所掛槽碼的總重力。次實驗，并記錄好相應紙帶的編號及所掛槽碼的總重力。6.加速度與質量的關系加速度與質量的關系 (1)保持小車所受的合外力不變，在小車上加砝碼，接通電源后放開小車，用紙帶記保持小車所受的合外力不變，在小車上加砝碼，接通電源后放開小車，用紙帶記錄小車的運動情況；取下紙帶，并在紙帶上標上號碼及小車和砝碼的總質量錄小車的運動情況；取下紙帶，并在紙帶上標上號碼及小車和砝碼的總質量m1。 (2)繼續(xù)在小車上增加砝碼，

6、重復步驟繼續(xù)在小車上增加砝碼，重復步驟(1)，多做幾次實驗，在每次實驗得到的紙帶上，多做幾次實驗，在每次實驗得到的紙帶上標上編號及小車和砝碼的總質量標上編號及小車和砝碼的總質量m2、m3。7.求小車的加速度求小車的加速度a，將得到的數(shù)據(jù)填入相應表格中，以便進行數(shù)據(jù)處理。，將得到的數(shù)據(jù)填入相應表格中，以便進行數(shù)據(jù)處理。四、數(shù)據(jù)處理四、數(shù)據(jù)處理1.把小車在不同力作用下產生的加速度填在表中：把小車在不同力作用下產生的加速度填在表中：以以a為縱坐標、為縱坐標、F為橫坐標，根據(jù)數(shù)據(jù)作為橫坐標，根據(jù)數(shù)據(jù)作aF圖像，通過擬合測量點，作出圖像找圖像，通過擬合測量點，作出圖像找出規(guī)律，分析出規(guī)律，分析a與與F的

7、關系。的關系。物理量物理量123456作用力作用力F 加速度加速度a 2.把不同質量的小車把不同質量的小車(小車和砝碼小車和砝碼)在相同力的作用下產生的加速度大小填在表中：在相同力的作用下產生的加速度大小填在表中：五、實驗結論五、實驗結論1.保持物體質量不變時，物體的加速度保持物體質量不變時，物體的加速度a與所受力與所受力F成正比。成正比。2.保持力保持力F不變時，物體的加速度不變時，物體的加速度a與質量與質量m成反比。成反比。六、誤差分析六、誤差分析1.系統(tǒng)誤差：本實驗用槽碼的總重力系統(tǒng)誤差：本實驗用槽碼的總重力mg代替小車受到的拉力，而實際上小車所受的拉代替小車受到的拉力，而實際上小車所受

8、的拉力要小于槽碼的總重力。槽碼的總質量越接近于小車的質量，誤差越大；反之，槽力要小于槽碼的總重力。槽碼的總質量越接近于小車的質量，誤差越大；反之，槽碼的總質量越小于小車的質量，由此引起的誤差就越小。因此，滿足槽碼的總質量碼的總質量越小于小車的質量，由此引起的誤差就越小。因此，滿足槽碼的總質量遠小于小車的質量就是為了減小因實驗原理不完善而引起的誤差。遠小于小車的質量就是為了減小因實驗原理不完善而引起的誤差。2.偶然誤差：阻力補償不準確、質量測量不準確、計數(shù)點間距測量不準確、紙帶和細偶然誤差：阻力補償不準確、質量測量不準確、計數(shù)點間距測量不準確、紙帶和細繩不嚴格與木板平行都會引起誤差。繩不嚴格與木

9、板平行都會引起誤差。七、注意事項七、注意事項1.阻力補償時不要掛重物，整個實驗阻力補償后，不管以后是改變槽碼的質量還是改阻力補償時不要掛重物，整個實驗阻力補償后，不管以后是改變槽碼的質量還是改變小車及砝碼的質量，都不需要重新阻力補償。變小車及砝碼的質量，都不需要重新阻力補償。2.實驗中必須滿足小車和砝碼的總質量實驗中必須滿足小車和砝碼的總質量槽碼的總質量槽碼的總質量。此時可認為槽碼的重力近似等于繩的拉力此時可認為槽碼的重力近似等于繩的拉力3.改變拉力和小車質量后，每次開始時小車應盡量靠近打點計時器，并應先接通電改變拉力和小車質量后，每次開始時小車應盡量靠近打點計時器，并應先接通電源，待打點穩(wěn)定

10、后，再放開小車，且應在小車到達滑輪前按住小車。源，待打點穩(wěn)定后，再放開小車，且應在小車到達滑輪前按住小車。4.作圖像時，要使盡可能多的點在所作直線上，不在直線上的點應盡可能對稱分布作圖像時，要使盡可能多的點在所作直線上，不在直線上的點應盡可能對稱分布在所作直線兩側。在所作直線兩側。遠大于遠大于解析解析(1)由于小車運動受到摩擦阻力，所以要進行阻力補償，以減小實驗誤差，稱由于小車運動受到摩擦阻力，所以要進行阻力補償，以減小實驗誤差，稱為阻力補償法。為阻力補償法。(2)在探究加速度與力、質量的關系時，先保持其中一個量不變，來探究其他兩個在探究加速度與力、質量的關系時，先保持其中一個量不變，來探究其

11、他兩個量之間的關系，稱為控制變量法。量之間的關系，稱為控制變量法。(3)當小車質量當小車質量m車車m槽槽時，細繩對小車的拉力大小近似等于槽碼重力時，細繩對小車的拉力大小近似等于槽碼重力m槽槽g，稱為近，稱為近似法。似法。(4)通過圖像研究實驗的結果，稱為圖像法。通過圖像研究實驗的結果，稱為圖像法。答案答案(1)阻力補償法阻力補償法 (2)控制變量法控制變量法(3)近似法近似法 (4)圖像法圖像法 (5)化曲為直法化曲為直法F/N1.002.003.004.00a/(ms2)1.903.955.857.62表二表二(1)在如圖所示的相應坐標系中，根據(jù)表一、表二所給數(shù)據(jù)作出圖像。在如圖所示的相應坐

12、標系中，根據(jù)表一、表二所給數(shù)據(jù)作出圖像。答案答案(1)如圖所示如圖所示例例3 兩個相同的小車并排放在光滑水平桌面上，小車前端系上細線，線的另一兩個相同的小車并排放在光滑水平桌面上，小車前端系上細線，線的另一端跨過定滑輪各掛一個小盤，盤里分別放有不同質量的砝碼端跨過定滑輪各掛一個小盤，盤里分別放有不同質量的砝碼(圖甲圖甲)。小車所受。小車所受的水平拉力的水平拉力F的大小可以認為等于砝碼的大小可以認為等于砝碼(包括砝碼盤包括砝碼盤)所受的重力大小。小車后端所受的重力大小。小車后端也系有細線，用一只夾子夾住兩根細線也系有細線，用一只夾子夾住兩根細線(圖乙圖乙)，控制兩輛小車同時開始運動和，控制兩輛小

13、車同時開始運動和結束運動。結束運動。解析解析實驗過程中，當兩小車質量相同時，砝碼實驗過程中，當兩小車質量相同時，砝碼(包括砝碼盤包括砝碼盤)重力越大，相同時間重力越大，相同時間內位移越大，則加速度越大，進行實驗時會發(fā)現(xiàn)，加速度與所受拉力成正比；若砝內位移越大，則加速度越大，進行實驗時會發(fā)現(xiàn)，加速度與所受拉力成正比；若砝碼重力不變，即拉力不變時，質量越大的小車，相同時間內位移越小，即加速度越碼重力不變，即拉力不變時，質量越大的小車，相同時間內位移越小，即加速度越小，進行測量分析知，加速度與質量成反比。如果砝碼小，進行測量分析知，加速度與質量成反比。如果砝碼(包括砝碼盤包括砝碼盤)的重力的重力G遠

14、小遠小于小車的重力于小車的重力Mg時，時，G近似等于拉力近似等于拉力F。答案答案加速度與拉力成正比加速度與質量成反比加速度與拉力成正比加速度與質量成反比 GMg總結提升兩種實驗研究方法總結提升兩種實驗研究方法(1)控制變量法：當研究多個物理量間的變化規(guī)律時，為了簡便，可設計保持其他物控制變量法：當研究多個物理量間的變化規(guī)律時，為了簡便，可設計保持其他物理量不變，只研究剩余兩個變化物理量的關系，這種方法叫作控制變量法理量不變，只研究剩余兩個變化物理量的關系，這種方法叫作控制變量法.兩個相同兩個相同的小車放在水平木板上，前端各系一條細繩，繩的另一端跨過定滑輪與槽碼相連，改的小車放在水平木板上，前端

15、各系一條細繩，繩的另一端跨過定滑輪與槽碼相連，改變槽碼的數(shù)目進行多次實驗，就可以驗證質量一定的條件下，加速度與力的關系。變槽碼的數(shù)目進行多次實驗，就可以驗證質量一定的條件下，加速度與力的關系。(2)對比實驗法：對比實驗法在物理實驗中經常用到。兩小車后端各系一條細繩，一對比實驗法：對比實驗法在物理實驗中經常用到。兩小車后端各系一條細繩，一起被一個夾子夾著而使小車靜止起被一個夾子夾著而使小車靜止(如圖所示如圖所示)。打開夾子，兩小車同時開始運動，關上。打開夾子，兩小車同時開始運動，關上夾子，兩小車同時停下來。用刻度尺測出兩小車通過的位移，位移之比就等于它們的夾子，兩小車同時停下來。用刻度尺測出兩小

16、車通過的位移，位移之比就等于它們的加速度之比。加速度之比。要點三創(chuàng)新方案設計要點三創(chuàng)新方案設計例例4 為了探究加速度與力的關系，使用如圖所示的氣墊導軌裝置進行實驗，其中為了探究加速度與力的關系，使用如圖所示的氣墊導軌裝置進行實驗，其中G1、G2為兩個光電門，它們與數(shù)字計時器相連，當滑塊通過為兩個光電門，它們與數(shù)字計時器相連，當滑塊通過G1、G2光電門時，光束被光電門時，光束被遮擋的時間遮擋的時間t1、t2都可以被測量并記錄。滑塊連同上面固定的擋光片的總質量為都可以被測量并記錄。滑塊連同上面固定的擋光片的總質量為M，擋光片寬度為，擋光片寬度為D，光電門間距離為，光電門間距離為s，牽引鉤碼的質量為，牽引鉤碼的質量為m?；卮鹣铝袉栴}?；卮鹣铝袉栴}。(1)實驗開始前應先調節(jié)氣墊導軌下面的螺釘，使氣墊導軌水平，在不增加其他儀器實驗開始前應先調節(jié)氣墊導軌下面