第2節(jié)《實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關系》課件

1、. . . 金太陽好教育云平臺 第四章第四章 牛頓運動定律牛頓運動定律第二節(jié)第二節(jié) 實驗：探究加速度與實驗：探究加速度與 力、質(zhì)量的關系力、質(zhì)量的關系. . . 利用視頻利用視頻動漫定性實驗動漫定性實驗，說明用同樣大小的力推不同質(zhì)量，說明用同樣大小的力推不同質(zhì)量蕩秋千的人，擺動幅度不同；用不同的力推同一人，擺動幅度也蕩秋千的人，擺動幅度不同；用不同的力推同一人，擺動幅度也不同，說明加速度與力、質(zhì)量都有關系。那么，加速度與力、質(zhì)不同，說明加速度與力、質(zhì)量都有關系。那么，加速度與力、質(zhì)量有什么關系呢？本節(jié)課我們通過實驗來探究加速度與力、質(zhì)量量有什么關系呢？本節(jié)課我們通過實驗來探究加速度與力、質(zhì)量的

2、關系。導入新課。的關系。導入新課。 關于實驗的基本思路，學生在初中已很清楚，本節(jié)課設計了讓關于實驗的基本思路，學生在初中已很清楚，本節(jié)課設計了讓學生結合自身的生活經(jīng)驗和一些常識，對加速度與力、質(zhì)量之間學生結合自身的生活經(jīng)驗和一些常識，對加速度與力、質(zhì)量之間的定量關系進行合理的猜想。這與實驗數(shù)據(jù)的處理直接相關。設的定量關系進行合理的猜想。這與實驗數(shù)據(jù)的處理直接相關。設計合理的實驗方案，控制變量方法的應用，實驗數(shù)據(jù)的處理是本計合理的實驗方案，控制變量方法的應用，實驗數(shù)據(jù)的處理是本章的重點，課件設計時重點進行了考查，怎樣測量（或比較）物章的重點，課件設計時重點進行了考查，怎樣測量（或比較）物體的加速

3、度，怎樣提供和測量物體所受的合外力是本節(jié)學生理解體的加速度，怎樣提供和測量物體所受的合外力是本節(jié)學生理解的的難點。通過講解和習題訓練，加深學生的理解。最后，再設的的難點。通過講解和習題訓練，加深學生的理解。最后，再設計計4個課堂檢測題，來檢測學生掌握的情況，發(fā)現(xiàn)存在的問題。個課堂檢測題，來檢測學生掌握的情況，發(fā)現(xiàn)存在的問題。. . . 1. 理解探究加速度與力、質(zhì)量的關系的合理性和必要性。理解探究加速度與力、質(zhì)量的關系的合理性和必要性。2. 理解實驗思路的合理性，以及用圖像處理實驗數(shù)據(jù)的有效性。理解實驗思路的合理性，以及用圖像處理實驗數(shù)據(jù)的有效性。3. 體驗如何平衡摩擦阻力、減小實驗系統(tǒng)誤差的

4、操作方法。體驗如何平衡摩擦阻力、減小實驗系統(tǒng)誤差的操作方法。4. 體會整個探究過程的科學嚴謹和合理性。體會整個探究過程的科學嚴謹和合理性。學習重點：學習重點：1. 控制變量法的使用?？刂谱兞糠ǖ氖褂?。2. 如何提出實驗方案并使實驗方案合理可行。如何提出實驗方案并使實驗方案合理可行。3. 實驗數(shù)據(jù)的分析與處理。實驗數(shù)據(jù)的分析與處理。學習難點：學習難點：1. 如何提出實驗方案并使實驗方案合理可行。如何提出實驗方案并使實驗方案合理可行。2. 實驗數(shù)據(jù)的分析與處理。實驗數(shù)據(jù)的分析與處理。 . . . 1. 播放素材播放素材視頻視頻動漫定性實驗動漫定性實驗的內(nèi)容。的內(nèi)容。2. 用用同樣大小的力推不同質(zhì)量

5、的蕩秋千的人，擺動幅度不同；用同樣大小的力推不同質(zhì)量的蕩秋千的人，擺動幅度不同；用不同大小的力推同一蕩秋千的人，擺動幅度不同。那么，力、質(zhì)不同大小的力推同一蕩秋千的人，擺動幅度不同。那么，力、質(zhì)量、加速度三者有什么關系呢？本節(jié)課我們就通過實驗來研究加量、加速度三者有什么關系呢？本節(jié)課我們就通過實驗來研究加速度與力、質(zhì)量的關系。速度與力、質(zhì)量的關系。http:/ . . 復習復習回顧回顧1. 速度速度是描述物體運動狀態(tài)的是描述物體運動狀態(tài)的物理量；物理量；加速度加速度是描述物是描述物體運動狀態(tài)變化快慢的體運動狀態(tài)變化快慢的物理量。物理量。3. 加速度加速度的大小與物體的大小與物體受力大小受力大小

6、有關。有關。加速度的大小與物體的加速度的大小與物體的質(zhì)量大小質(zhì)量大小有關。有關。2. 牛頓第一定律牛頓第一定律：一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜：一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止止狀態(tài)，除非狀態(tài)，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)。即作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)。即力是產(chǎn)生加速度的原因。力是產(chǎn)生加速度的原因。. . . 1. 探究探究加速度與力的定量關系。加速度與力的定量關系。2. 探究探究加速度與質(zhì)量的定量關系。加速度與質(zhì)量的定量關系。采用控制變量采用控制變量法法1. 當當質(zhì)量一定時，研究加速度與合外力的質(zhì)量一定時，研究加速度與合外力的關系關系 aF合合。2. 當當力一定時，

7、研究加速度與質(zhì)量的力一定時，研究加速度與質(zhì)量的關系關系 a1/m。. . . mF1mF2F1 F2m2Fm1 m2m1F結論：結論：當物體質(zhì)量一定當物體質(zhì)量一定時，物體的加速度隨著時，物體的加速度隨著力的增大而增大力的增大而增大。結論：結論：當力的大小一定當力的大小一定時，物體的加速度隨著時，物體的加速度隨著質(zhì)量的增大而減小質(zhì)量的增大而減小。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控制變量法控制變量法. . . 明確幾個問題明確幾個問題: :2. 如何如何由實驗得出由實驗得出結論結論 ? 1. 怎么怎么設計這個設計這個實驗實驗 ?測量測量哪些哪些量量 ?怎么測

8、量怎么測量 ? a、F、m 求出物體求出物體所受所受的合力的合力m：a:F:天平天平？數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理m 不變不變時，時，a 與與 F 關系關系F 不變不變時，時，a 與與 m 關系關系. . . 實驗方案一：測實驗方案一：測加速度法加速度法實驗方案二：設計對比實驗實驗方案二：設計對比實驗. . . 鉤碼鉤碼紙帶紙帶打點打點計時器計時器小車小車小車小車:打點計時器打點計時器: 測量測量小車運動過程中的加速度小車運動過程中的加速度鉤鉤碼：重力碼：重力提供拉力提供拉力研究研究對象，可用對象，可用天平稱其質(zhì)量天平稱其質(zhì)量合力合力 F = ?GFNFf一一、測測加速度法加速度法（一一）實驗裝置）實驗裝

9、置. . . 1. 合合外力在什么時候等于線的拉力？外力在什么時候等于線的拉力？2. 線線的拉力在什么時候等于鉤碼的重力？的拉力在什么時候等于鉤碼的重力？平衡摩擦力平衡摩擦力：將：將長木板平放在實驗桌上，在長木板的不帶定滑長木板平放在實驗桌上，在長木板的不帶定滑輪的一端下面墊上一塊薄木板，反復移動薄木板的位置，直至輪的一端下面墊上一塊薄木板，反復移動薄木板的位置，直至小車在斜面上運動時以保持勻速運動狀態(tài)，這時小車在斜面上運動時以保持勻速運動狀態(tài)，這時小車受到小車受到的的摩摩擦力擦力(包括小車所受摩擦力和打點計時器對小車之后所拖紙帶的摩擦力包括小車所受摩擦力和打點計時器對小車之后所拖紙帶的摩擦力

10、)恰好恰好與小車所受的重力在斜面方向上的分與小車所受的重力在斜面方向上的分力平衡。力平衡。理論計算表明：在鉤碼質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量時，線的拉力近似理論計算表明：在鉤碼質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量時，線的拉力近似等于鉤碼的重力。等于鉤碼的重力。. . . （二）實驗步驟（二）實驗步驟1. 用用天平測出小車的質(zhì)量。天平測出小車的質(zhì)量。2. 安裝安裝好實驗裝置，在小車上裝好紙帶，紙帶另一端好實驗裝置，在小車上裝好紙帶，紙帶另一端穿過穿過計時器限位孔，調(diào)整木板傾斜程度，平衡摩擦力。計時器限位孔，調(diào)整木板傾斜程度，平衡摩擦力。3. 控制控制小車質(zhì)量不變，用細線將鉤碼與小車相連（小車質(zhì)量不變，用細線將鉤碼與小車相連（

11、鉤碼質(zhì)鉤碼質(zhì)量量遠小于小車質(zhì)量），打開打點計時器，釋放小車，遠小于小車質(zhì)量），打開打點計時器，釋放小車，測出一組數(shù)據(jù)。測出一組數(shù)據(jù)。4. 改變改變鉤碼質(zhì)量，多測幾組數(shù)據(jù)。鉤碼質(zhì)量，多測幾組數(shù)據(jù)。5. 控制控制鉤碼質(zhì)量不變，改變小車質(zhì)量，再測幾組數(shù)據(jù)。鉤碼質(zhì)量不變，改變小車質(zhì)量，再測幾組數(shù)據(jù)。. . . F Na/ms -20.150.300.450.600.750 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5當小當小車質(zhì)車質(zhì)量不量不變時變時次數(shù)次數(shù)F/Na/m s -2123450.10 0.1460.20 0.3020.30 0.4280.40 0.5920.50 0.7511. 探究探究加速度與

12、合加速度與合力的關系力的關系. . . m kga/ms -0.81.00 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2當當拉拉力力不不變變時時次數(shù)次數(shù)m/kga/m s -2123451/m (kg -1)2.502.001.331.000.830.400 0.8610.500 0.6920.750 0.4701.000 0.3521.200 0.2902. 探究探究加速度加速度與質(zhì)量的關系與質(zhì)量的關系1/m (kg -1)a/ms -0.81.00 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5. . . （三）三）實驗結論實驗結論m 一定一定時，時，a

13、FF一定時，一定時，a 1/mF Na/ms -20.150.300.450.600.750 0.1 0.2 0.3 0.4 0.51/m (kg -1)a/ms -0.81.00 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5. . . 不變不變保持力保持力方案方案二：二： 保持小車保持小車質(zhì)量不變質(zhì)量不變. . . （一）實驗（一）實驗方案原理方案原理x1x2F1F2在在相同的時間相同的時間內(nèi)，兩小車移內(nèi)，兩小車移動的距離分別為動的距離分別為:21112xa t22212xata1/ a2 = x1/x2測量測量出出 x1 、x2 1. 控制控制 m 不變不變，探究探究 a 與

14、與 F 的關系。的關系。2. 同理同理，控制控制 F 相同相同，探究探究 a與與 m 的關系。的關系。. . . 保持保持物體的物體的質(zhì)量不變質(zhì)量不變，測量物體在不同的力作用下的加速，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系度，分析加速度與力的關系小車質(zhì)量小車質(zhì)量 M = g，車上砝碼質(zhì)量，車上砝碼質(zhì)量 m = g，小盤質(zhì)量，小盤質(zhì)量 M= g次次數(shù)數(shù)小車小車 1小車小車 212345位移位移x1/cm位移位移x2/cm(M + m2) (表示表示F2大小大小)盤中砝碼盤中砝碼m2300 0 10 5020304060盤中砝碼盤中砝碼m1 (M + m1) (表示表示F1大小大小

15、)70. . . F2 F1x2 /x1O次次數(shù)數(shù)1234x2x1F2F1結論：結論： m 一定一定時，時，a FaFa1a2. . . 為什么為什么 x2 /x1 可以可以表示表示小車小車 2 的加速的加速度度 a ? 為什么為什么 F2 / F1 可以可以表示表示小車小車 2 所受的所受的拉力拉力 F ?. . . 保持保持物體所受的物體所受的力相同力相同，測量不同質(zhì)量的物體在該力作用，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)量的關系下的加速度，分析加速度與質(zhì)量的關系小車質(zhì)量小車質(zhì)量 M = g，小盤質(zhì)量，小盤質(zhì)量 m = g，盤中砝碼質(zhì)量，盤中砝碼質(zhì)量 M= g次次數(shù)數(shù)小車

16、小車1小車小車212345位移位移x1/cm位移位移x2/cmM + m2 車上砝碼車上砝碼m2300 6 50 10050150200250車上砝碼車上砝碼m1M + m1300小車小車 1 質(zhì)量質(zhì)量 M1小車小車 2 質(zhì)量質(zhì)量 M2. . . x2 /x1O次次數(shù)數(shù)1234M2 M1x2x1M2M1M1 M2M1M2a1a2x2 /x1Om1a結論：結論： F 一定一定時，時，a 1/m. . . 為什么為什么 x2 /x1 可以可以表示表示小車小車 2 的的加速度加速度 a ?為什么為什么M2 / M1可以可以表示小車表示小車2的質(zhì)量的質(zhì)量 m ?為什么為什么M1 / M2又又表示表示小

17、車小車 2 的的 1/m ?. . . （二）誤差分析（二）誤差分析1小車小車質(zhì)量質(zhì)量 m 應應比重物的質(zhì)量比重物的質(zhì)量m大得多，其原理將在后大得多，其原理將在后面的牛頓運動定律的應用中專門面的牛頓運動定律的應用中專門討論。二者討論。二者差距越小，圖差距越小，圖象線性越象線性越差。差。2夾口的密合夾口的密合性能，是性能，是造成誤差的原因造成誤差的原因之一。由于之一。由于小車的小車的質(zhì)量和速度較大，夾子不易夾住小車的后拖線；有些時候質(zhì)量和速度較大，夾子不易夾住小車的后拖線；有些時候夾子夾住一根拖線，而另一根未被夾住，對應小車仍向前夾子夾住一根拖線，而另一根未被夾住，對應小車仍向前運動，這些都是造

18、成位移誤差的運動，這些都是造成位移誤差的原因原因。3小車運動停止時不能與定滑輪小車運動停止時不能與定滑輪相碰。如果相碰。如果小車碰到定滑小車碰到定滑輪才松手讓夾子夾住拖線，則與定滑輪相碰的小車位移偏輪才松手讓夾子夾住拖線，則與定滑輪相碰的小車位移偏小，產(chǎn)生小，產(chǎn)生誤差誤差。. . . A. 用用天平稱出小車和小桶及內(nèi)部所裝天平稱出小車和小桶及內(nèi)部所裝砂子砂子的的質(zhì)量質(zhì)量B. 按按圖裝好實驗器材圖裝好實驗器材C. 把把輕繩系在小車上并繞過定滑輪懸掛砂桶輕繩系在小車上并繞過定滑輪懸掛砂桶D. 將將電磁打點計時器接電磁打點計時器接在在 6 V電壓的蓄電池上，接通電源，放電壓的蓄電池上，接通電源，放開

19、小車，打點計時器在紙帶上打下一系列點，并在紙帶上標明開小車，打點計時器在紙帶上打下一系列點，并在紙帶上標明小車質(zhì)量小車質(zhì)量E. 保持保持小桶及其中砂子的質(zhì)量不變，增加小車上的砝碼個數(shù)，小桶及其中砂子的質(zhì)量不變，增加小車上的砝碼個數(shù)，并記錄每次增加后并記錄每次增加后的的 M 值值，重復上述實驗，重復上述實驗F. 分析分析每條紙帶，測量并計算出加速度的值每條紙帶，測量并計算出加速度的值G. 作作aM關系圖象，并由圖象關系圖象，并由圖象確定確定 aM 的關系的關系實驗步驟的考查實驗步驟的考查例例1. 在用如圖所示的在用如圖所示的裝置裝置研究作用力研究作用力 F 一定一定時，小車的時，小車的加速度加速

20、度 a與小車與小車質(zhì)量質(zhì)量 M 的關系時，的關系時，某位同學設計的實驗步驟如下：某位同學設計的實驗步驟如下：. . . (1) 該該同學漏掉的重要實驗步驟同學漏掉的重要實驗步驟是是 ，該步驟應排該步驟應排在在 步步實驗實驗之后。之后。(2) 在在上述步驟中，有錯誤的上述步驟中，有錯誤的是是 ，應應把把 改改為為 。(3) 在在上述步驟中，處理不恰當?shù)纳鲜霾襟E中，處理不恰當?shù)氖鞘?，應應把把 改改為為 。平衡摩擦力平衡摩擦力BD6 V的的蓄電池蓄電池6 V以下交流電壓的學生電源以下交流電壓的學生電源Ga1/MaM. . . 例例 2. 某某實驗小組實驗小組的同學在的同學在“探究探究加速度與物體的

21、質(zhì)量以及加速度與物體的質(zhì)量以及外力的關系外力的關系”的的實驗中，當物體的質(zhì)量一定時，分別根據(jù)實實驗中，當物體的質(zhì)量一定時，分別根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出了不同的實驗圖象，驗數(shù)據(jù)畫出了不同的實驗圖象，如圖如圖所所示。則下列示。則下列說法中正說法中正確的確的是是 ( )數(shù)據(jù)處理的考查數(shù)據(jù)處理的考查A. 形成形成圖甲的原因是平衡摩擦力時長木板傾角過大圖甲的原因是平衡摩擦力時長木板傾角過大B. 形成形成圖乙的原因是平衡摩擦力時長木板傾角過小圖乙的原因是平衡摩擦力時長木板傾角過小C. 形成形成圖丙的原因是平衡摩擦力時長木板傾角過大圖丙的原因是平衡摩擦力時長木板傾角過大D. 形成形成圖丁的原因是平衡摩擦力時長木板傾

22、角過小圖丁的原因是平衡摩擦力時長木板傾角過小AD. . . 實驗數(shù)據(jù)的處理實驗數(shù)據(jù)的處理例例3. 在在“探究加速度與力、質(zhì)量的關系探究加速度與力、質(zhì)量的關系”的實驗中，實驗裝的實驗中，實驗裝置如置如圖所示。圖所示。(1) 為為驗證小車驗證小車質(zhì)量質(zhì)量 M不不 變變時，時，a 與與 F 成正比。小車質(zhì)量成正比。小車質(zhì)量 M 和和沙及桶的沙及桶的質(zhì)量質(zhì)量 m 分別分別選取下列幾組選取下列幾組數(shù)值。應該數(shù)值。應該用哪組效果用哪組效果會會好好 () A. M500 g，m 分別為分別為 50 g、70 g、100 g、125 g B. M500 g，m 分別為分別為 20 g、30 g、40 g、50

23、 g C. M200 g，m 分別為分別為 50 g、70 g、100 g、125 g D. M200 g，m 分別為分別為 30 g、40 g、50 g、60 gB. . . (2) 有有兩位同學通過測量兩位同學通過測量作出作出 aF 圖象，如圖甲圖象，如圖甲、乙乙所所示。示。試試分析：分析：A 圖線圖線不通過坐標原點的原因是不通過坐標原點的原因是_；A 圖線圖線上部彎曲的原因是上部彎曲的原因是_；B 圖線圖線在縱軸上有截距的原因是在縱軸上有截距的原因是_。沒有平衡摩擦力或摩擦力平衡不夠沒有平衡摩擦力或摩擦力平衡不夠未滿足沙和沙桶未滿足沙和沙桶質(zhì)量質(zhì)量 m 遠遠小于小車的小于小車的質(zhì)量質(zhì)量

24、M平衡平衡摩擦力過度摩擦力過度. . . 探究加速度與力、質(zhì)量的關系探究加速度與力、質(zhì)量的關系1. 研究研究方法：方法：2. 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理方法：方法：3. 結論結論：控制變量法控制變量法圖象法圖象法a F a 1/m a F/m . . . 1關于關于“探究加速度與力、質(zhì)量的關系探究加速度與力、質(zhì)量的關系”的實驗，下列說法中的實驗，下列說法中符合實際的是符合實際的是 ( ) A. 通過通過同時改變小車的同時改變小車的質(zhì)量及質(zhì)量及受到的受到的拉力的拉力的研究，能歸納出加研究，能歸納出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關系速度、力、質(zhì)量三者之間的關系 B. 通過通過保持小車質(zhì)量不變，只改變小車的拉力的

25、研究，就可保持小車質(zhì)量不變，只改變小車的拉力的研究，就可以歸納出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關系以歸納出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關系 C. 通過通過保持小車受力不變，只改變小車質(zhì)量的研究，就可以保持小車受力不變，只改變小車質(zhì)量的研究，就可以得出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關系得出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關系 D. 先先不改變小車質(zhì)量，研究加速度與力的關系；再不改變受不改變小車質(zhì)量，研究加速度與力的關系；再不改變受力，研究加速度與質(zhì)量的關系，最后歸納出加速度、力、質(zhì)量力，研究加速度與質(zhì)量的關系，最后歸納出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關系三者之間的關系D. . . 2. 2. 在在做做“探究加速度與

26、力、質(zhì)量的關系探究加速度與力、質(zhì)量的關系”的實驗時，的實驗時， 某學生某學生將實驗裝置如圖所示安裝，準備接通電源后開始做實驗，但他將實驗裝置如圖所示安裝，準備接通電源后開始做實驗，但他的裝置圖中有兩個明顯的錯誤，請你指出來：的裝置圖中有兩個明顯的錯誤，請你指出來：（1 1） （2 2）沒有平衡摩擦力沒有平衡摩擦力打點計時器應使用低壓交流電源打點計時器應使用低壓交流電源. . . (1) 根據(jù)根據(jù)表中的數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù)在在如如圖所圖所示示的的坐標坐標中中作出作出 aF 圖象；圖象；3某同學在某同學在“探究加速度與力、質(zhì)量的關系探究加速度與力、質(zhì)量的關系”的實驗中，測的實驗中，測得小車的得小車的加速度加速度 a 和拉力和拉力 F 的的數(shù)據(jù)如下表所示數(shù)據(jù)如下表所示：F/N0.200.300.400.500.60a/(ms2)90.400.51(2)圖象的斜率的物理圖象的斜率的物理意義是意義是_；(3)圖象圖象(或