高一物理人教版必修一同步課件：4.2 實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系

1、第四章牛頓運(yùn)動(dòng)定律學(xué)案2實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系目標(biāo)定位1.學(xué)會(huì)用控制變量法研究物理規(guī)律.2.會(huì)測(cè)量加速度、力和質(zhì)量，能作出物體運(yùn)動(dòng)的aF、a 圖象.3.通過實(shí)驗(yàn)探究加速度與力、質(zhì)量的定量關(guān)系知識(shí)探究自我檢測(cè)一、實(shí)驗(yàn)器材小車、砝碼、小桶、砂、細(xì)線、一端附有定滑輪的長(zhǎng)木板、墊木、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、 、紙帶、 、 知識(shí)探究交流電源刻度尺天平二、實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)的基本思想控制變量法1.保持研究對(duì)象即小車的 不變，改變小桶內(nèi)砂的質(zhì)量，即改變 ，測(cè)出小車的對(duì)應(yīng)加速度，驗(yàn)證加速度是否正比于作用力.2.保持小桶中砂的質(zhì)量不變，即保持 不變，改變研究對(duì)象的 ，測(cè)出對(duì)應(yīng)不同質(zhì)量的加速度，驗(yàn)證加速度是否反比于質(zhì)量.

2、質(zhì)量作用力作用力質(zhì)量三、實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)1.三個(gè)物理量的測(cè)量方法近似法放在長(zhǎng)木板上的小車在拉力的作用下做勻加速直線運(yùn)動(dòng).(裝置如圖1所示).圖1(1)小車質(zhì)量的測(cè)量利用 測(cè)出，在小車上 可改變小車的質(zhì)量.(2)拉力的測(cè)量當(dāng)小桶和砂的質(zhì)量 小車的質(zhì)量時(shí)，可以認(rèn)為小桶和砂的重力近似等于對(duì)小車的拉力，即Fmg.(3)加速度的測(cè)量：逐差法.天平增減砝碼遠(yuǎn)小于2.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法圖象法、“化曲為直”法(1)研究加速度a和力F的關(guān)系以加速度a為縱坐標(biāo)，以力F為橫坐標(biāo)，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)描點(diǎn)，然后作出圖象，如圖2所示，若圖象是一條 ，就能說明a與F成正比.圖2通過原點(diǎn)的直線(2)研究加速度a與物體質(zhì)量m的關(guān)系如圖

3、3甲所示，因?yàn)閍m圖象是曲線，檢查am圖象是不是雙曲線，就能判斷它們之間是不是反比例關(guān)系，但檢查這條曲線是不是雙曲線，相當(dāng)困難.若a和m成反比，則a與 必成 .我們采用“化曲為直”的方法，以a為縱坐標(biāo)，以 為橫坐標(biāo)，作出a 圖象，若a 圖象是正比一條過原點(diǎn)的直線，如圖乙所示，說明a與 成 ，即a與m成 .正比反比圖3四、實(shí)驗(yàn)步驟1.用天平測(cè)出小車的質(zhì)量M，并把數(shù)值記錄下來.2.按圖4所示的裝置把實(shí)驗(yàn)器材安裝好.圖43.平衡摩擦力：在長(zhǎng)木板不帶定滑輪的一端下面墊一木塊，多次移動(dòng)木塊位置，直到輕推小車，使小車在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)可保持勻速直線運(yùn)動(dòng)為止.4.在小桶里放入適量的砂，在小車上加放適量的砝碼，用

4、天平測(cè)出小桶和砂的質(zhì)量m，并記錄下來.接通電源，放開小車，待打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打好點(diǎn)后取下紙帶.5.保持小車的質(zhì)量不變，改變砂和小桶的質(zhì)量，按步驟4再做5次實(shí)驗(yàn).6.在每條紙帶上選取一段比較理想的部分，算出每條紙帶對(duì)應(yīng)的加速度的值并記錄在表格的相應(yīng)位置.次數(shù)123456小車加速度a/(ms2) 砂和小桶的質(zhì)量m/kg 拉力F/N 7.用縱坐標(biāo)表示加速度，橫坐標(biāo)表示作用力，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果畫出小車運(yùn)動(dòng)的aF圖象，從而得出aF的關(guān)系.8.保持砂和小桶的質(zhì)量不變，在小車上加放砝碼，重復(fù)上面的實(shí)驗(yàn)，求出相應(yīng)的加速度，并設(shè)計(jì)表格如下.根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果畫出小車運(yùn)動(dòng)的a 圖象，從而得出aM的關(guān)系.次數(shù)123456小

5、車加速度a/(ms2) 小車質(zhì)量M/kg /kg1 9.整理實(shí)驗(yàn)器材，結(jié)束實(shí)驗(yàn).五、注意事項(xiàng)1.實(shí)驗(yàn)中應(yīng)先接通電源后釋放小車.2.在平衡摩擦力時(shí)，不要懸掛小桶，但小車應(yīng)連著紙帶且接通電源.用手輕輕地給小車一個(gè)初速度，如果在紙帶上打出的點(diǎn)間隔均勻，表明小車受到的阻力跟它受到的重力沿斜面向下的分力平衡.3.改變砂的質(zhì)量過程中，要始終保證砂桶(包括砂)的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量.4.作圖時(shí)應(yīng)使所作的直線通過盡可能多的點(diǎn)，不在直線上的點(diǎn)也要盡可能地分布在直線的兩側(cè)，但若遇到個(gè)別偏離較遠(yuǎn)的點(diǎn)可舍去.典例精析例某實(shí)驗(yàn)小組利用圖5所示的裝置探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系.圖5(1)下列做法正確的是_(填字母代號(hào)).

6、A.調(diào)節(jié)滑輪的高度，使?fàn)恳緣K的細(xì)繩與長(zhǎng)木板保持平行B.在調(diào)節(jié)長(zhǎng)木板傾斜度平衡木塊受到的滑動(dòng)摩擦力時(shí)，將 裝有砝碼的砝碼桶通過定滑輪拴在木塊上C.實(shí)驗(yàn)時(shí)，先放開木塊再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源D.通過增減木塊上的砝碼改變質(zhì)量時(shí)，不需要重新調(diào)節(jié)木 板傾斜度解析實(shí)驗(yàn)中細(xì)繩要與長(zhǎng)木板保持平行，A項(xiàng)正確；平衡摩擦力時(shí)不能將裝有砝碼的砝碼桶通過細(xì)繩繞過滑輪拴在木塊上，這樣無法平衡摩擦力，B項(xiàng)錯(cuò)誤；實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源再放開木塊，C項(xiàng)錯(cuò)誤；平衡摩擦力后，改變木塊上的砝碼的質(zhì)量后不需要重新平衡摩擦力，D項(xiàng)正確.答案AD(2)當(dāng)木塊(及木塊上的砝碼)的質(zhì)量M與小桶(包括桶內(nèi)砝碼)的質(zhì)量m的大小關(guān)系滿足_時(shí)

7、，才可以認(rèn)為細(xì)繩對(duì)木塊的拉力大小等于桶及桶中砝碼的重力.解析驗(yàn)證牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)中，要保證Mm，才能保證細(xì)繩的拉力約等于m的重力.Mm(3)圖6是甲、乙兩同學(xué)研究了加速度與力的關(guān)系，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出的圖象.圖6形成圖線甲的原因是_.形成圖線乙的原因是_.解析圖線甲中F0時(shí)，木塊就有了加速度，可見是長(zhǎng)木板傾角過大.圖線乙中，有了拉力時(shí)，加速度仍為0，說明未平衡摩擦力或長(zhǎng)木板傾角過小.答案長(zhǎng)木板傾角過大未平衡摩擦力或長(zhǎng)木板傾角過小如圖7甲所示，在探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)中，小車及車中砝碼的質(zhì)量用M表示，盤及盤中砝碼的質(zhì)量用m表示，小車的加速度可由小車后面拖動(dòng)的紙帶打上的點(diǎn)計(jì)算出.(1)當(dāng)

8、M與m的大小關(guān)系滿足_時(shí)，才可以認(rèn)為繩對(duì)小車的拉力大小約等于盤及盤中砝碼的重力.解析驗(yàn)證牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)中，要使Mm，才能保證繩子的拉力等于m的重力.自我檢測(cè)1Mm(2)一組同學(xué)在做加速度與質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)時(shí)，保持盤及盤中砝碼的質(zhì)量一定，改變小車及車中砝碼的質(zhì)量，測(cè)出相應(yīng)的加速度，采用圖象法處理數(shù)據(jù).為了比較容易地觀測(cè)加速度a與質(zhì)量M的關(guān)系，應(yīng)該做a與_的圖象.1圖7解析根據(jù)牛頓第二定律可知，合力一定時(shí)，a與M成反比，因?yàn)榉幢壤瘮?shù)圖象是曲線，而根據(jù)曲線很難判定出自變量和因變量之間的關(guān)系.正比例函數(shù)圖象是過坐標(biāo)原點(diǎn)的一條直線，就比較容易判定自變量和因變量之間的關(guān)系，所以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理時(shí)應(yīng)作出a與 的圖象.1(3)乙、丙同學(xué)用同一裝置做實(shí)驗(yàn)，畫出了各自得到的a圖線如圖乙