《實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系》課件胡立華新

1、牛一定律：一切物體總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)牛一定律：一切物體總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)或靜止?fàn)顟B(tài),除非作用在它上面的力迫使它改除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)。變這種狀態(tài)。牛一定律，又稱慣性定律；物體保持原來勻牛一定律，又稱慣性定律；物體保持原來勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)，稱為慣速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)，稱為慣性；物體的慣性只和質(zhì)量有關(guān)，質(zhì)量越大，性；物體的慣性只和質(zhì)量有關(guān)，質(zhì)量越大，慣性越大。慣性越大。由牛一定律可知：由牛一定律可知：物體不受外力物體不受外力所受合外力為零所受合外力為零物體處于靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)物體處于靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，即運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變。狀態(tài)，即運(yùn)動(dòng)

2、狀態(tài)不變。那么設(shè)想：如果物體所受合外力那么設(shè)想：如果物體所受合外力不為零不為零，則物體運(yùn)，則物體運(yùn)動(dòng)會(huì)怎樣？動(dòng)會(huì)怎樣？物體物體不受力不受力時(shí)時(shí)的運(yùn)動(dòng)情況的運(yùn)動(dòng)情況點(diǎn)球守門員撲球法拉利法拉利F2003-GA賽車與賽車與著名戰(zhàn)斗機(jī)著名戰(zhàn)斗機(jī)“颶風(fēng)颶風(fēng)2000”思考：思考：物體加速度物體加速度a和哪些因素有關(guān)？和哪些因素有關(guān)？你是怎么知道的？你是怎么知道的？第二節(jié)第二節(jié)扎旗一中扎旗一中 物理組物理組 胡立華胡立華 心動(dòng) 不如行動(dòng)1、物體受到的合外力不為零是物體產(chǎn)生、物體受到的合外力不為零是物體產(chǎn)生 加速度的原因，即力是物體產(chǎn)生加加速度的原因，即力是物體產(chǎn)生加 速度的原因速度的原因。 回憶分析回憶分析

3、2、質(zhì)量也將決定物體加速度的大小。、質(zhì)量也將決定物體加速度的大小。 mmF1F2m1m2FFF1F2m1m2定性討論定性討論1定性討論定性討論2理理 論論 推推 理理結(jié)論：當(dāng)物體質(zhì)量一定時(shí)，物體的加 速度應(yīng)該隨著力的增大而增大。討論：物體質(zhì)量一定，受力不同，討論：物體質(zhì)量一定，受力不同， 加速度有什么不同加速度有什么不同 結(jié)論：當(dāng)力大小相同時(shí)，物體的質(zhì)量越 大，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)越難以改變，所以 質(zhì)量越大，加速度越小。注意：這里的力指的是物體所受的合外力。注意：這里的力指的是物體所受的合外力。討論：力大小相同，作用在不同質(zhì)量的討論：力大小相同，作用在不同質(zhì)量的 物體上，物體加速度有什么不同？物體上，物體

4、加速度有什么不同？總結(jié)：影響加速度的因素有哪些？1 1、合外力、合外力2 2、質(zhì)、質(zhì) 量量猜想： 物體的加速度與力、質(zhì)量有什么定量關(guān)系？ 實(shí)驗(yàn)的基本思路是什么呢？實(shí)驗(yàn)的基本思路是什么呢？明確幾個(gè)問題明確幾個(gè)問題:1.實(shí)驗(yàn)要說明什么問題實(shí)驗(yàn)要說明什么問題?3.如何由實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論如何由實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論?2.怎么設(shè)計(jì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)怎么設(shè)計(jì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)? a與與F關(guān)系關(guān)系? a與與m關(guān)系關(guān)系?1.測量哪些量測量哪些量?2.怎么測量怎么測量?數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理控制一個(gè)量控制一個(gè)量不變不變 a、F、m m： a:F:天平天平打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)計(jì)時(shí)器物體所受的物體所受的合力合力研究方法：研究方法：控制變量法控制變量法保持物體的

5、質(zhì)量不變，測量物體在不同保持物體的質(zhì)量不變，測量物體在不同作用下的加速度，分析加速度與合外力作用下的加速度，分析加速度與合外力的關(guān)系。的關(guān)系。保持物體所受力合外力相同，測量不同保持物體所受力合外力相同，測量不同質(zhì)量的物體在該力下的加速度，分析加質(zhì)量的物體在該力下的加速度，分析加速度與質(zhì)量的關(guān)系。速度與質(zhì)量的關(guān)系。制定實(shí)驗(yàn)方案、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)制定實(shí)驗(yàn)方案、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 小車、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、小車、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、學(xué)生電源、一端帶滑輪的長木板、細(xì)學(xué)生電源、一端帶滑輪的長木板、細(xì)線、刻度尺、天平、鉤碼線、刻度尺、天平、鉤碼2.物體的質(zhì)量用測量物體的質(zhì)量用測量天平天平1.怎樣測量物體的加速度？怎樣測量物體的

6、加速度？3.怎樣給小車提供一個(gè)恒定的合力？怎樣給小車提供一個(gè)恒定的合力？實(shí)驗(yàn)器材：實(shí)驗(yàn)器材：實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)裝置圖圖例：例：平衡摩擦力平衡摩擦力將長木板不帶滑輪一端適當(dāng)墊高，使將長木板不帶滑輪一端適當(dāng)墊高，使小車的重力沿斜面向下的分力與摩擦小車的重力沿斜面向下的分力與摩擦力平衡。力平衡。怎樣就算平衡好摩擦力了？怎樣就算平衡好摩擦力了？4.如何測定小車受到的合力？如何測定小車受到的合力？5.繩子拉力大小繩子拉力大小?鉤碼的重力。鉤碼的重力。小于小于6.什么情況下，繩子拉力近似等于什么情況下，繩子拉力近似等于鉤碼重力即小車所受的合力？鉤碼重力即小車所受的合力？理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)：當(dāng)鉤碼質(zhì)量比小車質(zhì)量理論計(jì)算

7、發(fā)現(xiàn)：當(dāng)鉤碼質(zhì)量比小車質(zhì)量小很多時(shí)（小很多時(shí)（ ），繩子拉力近似等），繩子拉力近似等于鉤碼重力即小車所受的合力于鉤碼重力即小車所受的合力1 / 6測加速度法測加速度法方案一：方案一：實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)裝置圖圖方案一：方案一：實(shí)驗(yàn)探究實(shí)驗(yàn)探究1.探究加速度與合力的關(guān)系探究加速度與合力的關(guān)系實(shí)驗(yàn)基本思路：保持小車的質(zhì)量不變，實(shí)驗(yàn)基本思路：保持小車的質(zhì)量不變，測量小車在不同作用下的加速度，分析測量小車在不同作用下的加速度，分析加速度與合力的關(guān)系。加速度與合力的關(guān)系。做實(shí)驗(yàn)做實(shí)驗(yàn) 、得數(shù)據(jù)、填表格一、得數(shù)據(jù)、填表格一、作圖象、進(jìn)行分析、形成結(jié)論作圖象、進(jìn)行分析、形成結(jié)論怎樣改變合力？怎樣改變合力？F F N

8、 Na/ma/ms s -2 -20.150.150.300.300.450.450.600.600.750.750 0. 1 0.2 0.3 0.4 0.50 0. 1 0.2 0.3 0.4 0.5當(dāng)小當(dāng)小車質(zhì)車質(zhì)量不量不變時(shí)變時(shí)次數(shù)次數(shù)F/NF/N a/m a/m s s -2 -21 12 23 34 45 50.10 0.10 0.1460.20 0.20 0.3020.30 0.30 0.4280.40 0.40 0.5920.50 0.50 0.751實(shí)驗(yàn)結(jié)論：當(dāng)物體實(shí)驗(yàn)結(jié)論：當(dāng)物體質(zhì)量一定時(shí)，加速質(zhì)量一定時(shí)，加速度與力成正比。度與力成正比。2.探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系探究加速度與

9、質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)基本思路：保持小車所受合力相同，測量實(shí)驗(yàn)基本思路：保持小車所受合力相同，測量不同質(zhì)量的小車在該力下的加速度，分析加速不同質(zhì)量的小車在該力下的加速度，分析加速度與質(zhì)量的關(guān)系。度與質(zhì)量的關(guān)系。做實(shí)驗(yàn)做實(shí)驗(yàn) 、得數(shù)據(jù)、填表格二、得數(shù)據(jù)、填表格二、作圖象、交流分析、形成結(jié)論作圖象、交流分析、形成結(jié)論怎樣改變小車的質(zhì)量？怎樣改變小車的質(zhì)量？m m kgkga/ma/ms s -2 -20.20.20.40.40.60.60.80.81.01.00 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.20 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2a/ma/ms s -2 -20.20.20.4

10、0.40.60.60.80.81.01.00 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 /kg /kg -1 -1m m1 1當(dāng)當(dāng)拉拉力力不不變變時(shí)時(shí)次數(shù)次數(shù)m/kgm/kga/m a/m s s -2 -21 12 23 34 45 5/kg /kg -1 -12.502.502.002.001.331.331.001.000.830.83m m1 10.400 0.400 0.8610.500 0.500 0.6920.750 0.750 0.4701.000 1.000 0.3521.200 1.200 0.290教師點(diǎn)評(píng)：教師點(diǎn)評(píng)：1 1、實(shí)驗(yàn)

11、數(shù)據(jù)處理最好運(yùn)用圖表、圖線及擬合線性、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理最好運(yùn)用圖表、圖線及擬合線性方程。方程。 2 2、應(yīng)靈活運(yùn)用數(shù)學(xué)工具處理非線性關(guān)系的數(shù)據(jù)。、應(yīng)靈活運(yùn)用數(shù)學(xué)工具處理非線性關(guān)系的數(shù)據(jù)。如變?nèi)缱?a-ma-m 圖象為圖象為 a1/ma1/m 圖象，即圖象，即“變曲為直變曲為直”。 當(dāng)外力當(dāng)外力F一定時(shí)，一定時(shí)， 物體的加速度與其質(zhì)量成反比，物體的加速度與其質(zhì)量成反比， 即：即：ma1實(shí)驗(yàn)須知：實(shí)驗(yàn)須知： v1.平衡摩擦力平衡摩擦力v2.小車開始時(shí)要靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器小車開始時(shí)要靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器v3. 探究探究a與與F關(guān)系時(shí)，可在小車上放關(guān)系時(shí)，可在小車上放兩個(gè)的鉤碼兩個(gè)的鉤碼,F=mg g=9.8m/s

12、2v4.小車質(zhì)量小車質(zhì)量m= g，各種鉤碼質(zhì)，各種鉤碼質(zhì)量看標(biāo)注量看標(biāo)注v5.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)周期打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)周期T=0.02s 心動(dòng) 不如行動(dòng)方案二：方案二：比較法比較法方案二方案二：以小車、一端帶滑輪的長木板、：以小車、一端帶滑輪的長木板、粗線、砝碼、鉤碼、天平、刻度尺、寬口粗線、砝碼、鉤碼、天平、刻度尺、寬口夾子為實(shí)驗(yàn)器材，研究小車的運(yùn)動(dòng)。夾子為實(shí)驗(yàn)器材，研究小車的運(yùn)動(dòng)。注意：只有當(dāng)盤和砝碼的質(zhì)量要比小車的注意：只有當(dāng)盤和砝碼的質(zhì)量要比小車的質(zhì)量小得多時(shí)，小車所受拉力才近似等于質(zhì)量小得多時(shí)，小車所受拉力才近似等于盤和砝碼的總重力。盤和砝碼的總重力。1.1.怎樣測量（或比較）物體的加速度？

13、怎樣測量（或比較）物體的加速度？2.2.怎樣提供和測量物體所受的拉力怎樣提供和測量物體所受的拉力F F ？1、控制、控制m相同，探討相同，探討加速度加速度a與與F的關(guān)系的關(guān)系實(shí)驗(yàn)方案原理：實(shí)驗(yàn)方案原理：如圖所示如圖所示x1x2F1F2F1, F2，在相同在相同的時(shí)間內(nèi)的時(shí)間內(nèi):x1= a1t221x2 = a2t221a1/ a2=x1/x2測量出測量出x1 、x2 2、控制、控制F相同，探討相同，探討加速度加速度a與與m的關(guān)系的關(guān)系保持物體的保持物體的質(zhì)量不變質(zhì)量不變，測量物體在不同的力，測量物體在不同的力作用下的加速度，分析加速度與力的關(guān)系作用下的加速度，分析加速度與力的關(guān)系小車質(zhì)量小車質(zhì)

14、量M=M= g,g,小車上砝碼質(zhì)量小車上砝碼質(zhì)量m=m= g,g,小盤質(zhì)量小盤質(zhì)量M=M= g g次次數(shù)數(shù)小車小車1 1小車小車2 212345位移位移x x1 1/cm/cm位移位移x x2 2/cm/cm(M+m(M+m2 2) )（g g） ( (表表示示F F2 2大小大小) )盤中砝碼盤中砝碼mm2 2（g g）300 0 10 300 0 10 50502020303040406060盤中砝碼盤中砝碼mm1 1（g g）(M+m(M+m1 1) )（g g） ( (表表示示F F1 1大小大小) )7070F F2 2 F F1 1x x2 2 / /x x1 10 0次數(shù)1234

15、x x2 2x x1 1F F2 2F F1 1F Fa aa a1 1a a2 2為什么為什么x2 /x1可以表示小車可以表示小車2的的a？為什么為什么F2 F1可以表示小車可以表示小車2的的F?思考：思考：小車質(zhì)量小車質(zhì)量M=M= g,g,小盤質(zhì)量小盤質(zhì)量M=M= g,g,盤中砝碼質(zhì)量盤中砝碼質(zhì)量m=m= g g次次數(shù)數(shù)小車小車1 1小車小車2 212345(M+m(M+m1 1) )(M+m(M+m2 2) )保持物體所受的保持物體所受的力相同力相同，測量不同質(zhì)量的物，測量不同質(zhì)量的物體在該力作用下的加速度，分析加速度與質(zhì)體在該力作用下的加速度，分析加速度與質(zhì)量的關(guān)系量的關(guān)系300 6

16、50300 6 50車上砝車上砝碼碼m m1 1（g g）位移位移x x1 1/cm/cm1001005050150150200200250250車上砝碼車上砝碼 m m2 2（g g）位移位移x x2 2/cm/cm小車小車1 1質(zhì)量質(zhì)量M M1 1小車小車2 2質(zhì)量質(zhì)量M M2 2300300 x x2 2 / /x x1 10 0次數(shù)1234MM2 2 MM1 1x x2 2x x1 1MM2 2MM1 1MM1 1 MM2 2MM1 1MM2 2a am m1 1a a1 1a a2 2為什么為什么x2 /x1可以表示小車可以表示小車2的的a？為什么為什么M2 M1可以表示小車可以表示

17、小車2的的M?為什么為什么M2 / M1又表示小車又表示小車2的的1/M?思考：思考：方案三方案三：利用氣墊導(dǎo)道：利用氣墊導(dǎo)道該方案儀器精密，是很好的方案，測量結(jié)果該方案儀器精密，是很好的方案，測量結(jié)果精確，但中學(xué)一般沒有這種儀器。精確，但中學(xué)一般沒有這種儀器。圖圖 1 : 1 : 氣墊導(dǎo)軌裝置氣墊導(dǎo)軌裝置圖圖 2 :2 :滑塊和擋光片滑塊和擋光片 圖圖 3: 3: 光電門光電門 圖圖 4 : 4 : 電腦計(jì)時(shí)器電腦計(jì)時(shí)器 圖圖 5 : 5 : 氣源氣源 圖圖 6 : 6 : 滑塊的接觸面滑塊的接觸面 小結(jié)小結(jié)探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系1.研究方法：研究方法：2.數(shù)據(jù)

18、處理方法：數(shù)據(jù)處理方法：3.結(jié)論：結(jié)論：控制變量法控制變量法圖象法圖象法aF a1/mFam1整個(gè)實(shí)驗(yàn)平衡了摩擦力后，不管以后是整個(gè)實(shí)驗(yàn)平衡了摩擦力后，不管以后是改變小盤和砝碼的質(zhì)量還是改變小車和砝碼改變小盤和砝碼的質(zhì)量還是改變小車和砝碼的質(zhì)量，都不需要重新平衡摩擦力平衡摩的質(zhì)量，都不需要重新平衡摩擦力平衡摩擦力是指使小車所受動(dòng)力擦力是指使小車所受動(dòng)力(小車重力沿斜面小車重力沿斜面方向的分力方向的分力)與小車所受阻力與小車所受阻力(包括小車所受包括小車所受摩擦力和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器對(duì)小車之后所拖紙帶的摩擦力和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器對(duì)小車之后所拖紙帶的摩擦力摩擦力)大小相等平衡摩擦力時(shí)，應(yīng)在小大小相等平衡摩擦力時(shí)，

19、應(yīng)在小車后拖上紙帶，先接通電源，再用手給小車車后拖上紙帶，先接通電源，再用手給小車一個(gè)初速度，若在紙帶上打出的點(diǎn)的間隔是一個(gè)初速度，若在紙帶上打出的點(diǎn)的間隔是均勻的，則表明平衡了摩擦力，否則必須重均勻的，則表明平衡了摩擦力，否則必須重新調(diào)整小木板的位置新調(diào)整小木板的位置實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)2平衡摩擦力后，每次實(shí)驗(yàn)時(shí)必須滿足在小平衡摩擦力后，每次實(shí)驗(yàn)時(shí)必須滿足在小車上所加砝碼的質(zhì)量遠(yuǎn)大于砝碼和小盤的總質(zhì)車上所加砝碼的質(zhì)量遠(yuǎn)大于砝碼和小盤的總質(zhì)量的條件下進(jìn)行只有如此，砝碼和小盤的總量的條件下進(jìn)行只有如此，砝碼和小盤的總重力才可視為與小車受到的拉力相等重力才可視為與小車受到的拉力相等3改變拉力和小車質(zhì)量后，每次開始時(shí)小改變拉力和小車質(zhì)量后，每次開始時(shí)小車應(yīng)盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器車應(yīng)盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(或盡量遠(yuǎn)離定滑或盡量遠(yuǎn)離定滑輪的一端輪的一端)，并應(yīng)先接通電源，再放開小車，并應(yīng)先接通電源，再放開小車，且在小車到達(dá)定滑輪前應(yīng)按住小車且在小車