《探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系》示范課教學(xué)PPT課件【高中物理必修1】

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)理解用控制變量法探究物理規(guī)律。(2)進(jìn)一步練習(xí)使用打點(diǎn)計(jì)時器、紙帶數(shù)據(jù)的處理以及瞬時速度的計(jì)算。(3)全面正確地認(rèn)識加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系。二、實(shí)驗(yàn)原理利用控制變量法(1)保持物體質(zhì)量m不變，測定其加速度a在不同外力F作用下的值，確定a與F的關(guān)系。(2)保持物體所受外力F不變，測定質(zhì)量m不同的物體的加速度a，確定a與m的關(guān)系。三、實(shí)驗(yàn)器材打點(diǎn)計(jì)時器、紙帶及復(fù)寫紙片、小車、一端附有定滑輪的長木板、小桶和砂、細(xì)繩、低壓交流電源、兩根導(dǎo)線、天平(帶有一套砝碼)、刻度尺、砝碼。四、實(shí)驗(yàn)步驟(1)用天平測出小車和小桶的質(zhì)量M0和m0，把數(shù)值記錄下來。(2)按圖5－2－1所示把實(shí)驗(yàn)器材安裝好，只是不把懸掛小桶的細(xì)繩系在小車上(即不給小車加牽引力)。圖5－2－1(3)平衡摩擦力：將長木板不帶定滑輪的一端下面墊上一塊薄木塊，反復(fù)移動木塊的位置，直至小車在木板上能勻速下滑，即打下的紙帶點(diǎn)跡均勻，這時小車拖著紙帶運(yùn)動時受到的摩擦力恰好與小車的重力沿斜面的分力平衡。(4)把細(xì)繩系在小車上并繞過滑輪懸掛小桶。先接通電源再放開小車，打出一條紙帶。取下紙帶，在打點(diǎn)紙帶上標(biāo)上紙帶號碼。(5)保持小車與車中砝碼的質(zhì)量不變。在小桶內(nèi)放入質(zhì)量為m1的砂，重復(fù)步驟4。在小桶內(nèi)分別放入質(zhì)量為m2、m3、…的砂，再重復(fù)步驟4。m1、m2、m3…的數(shù)值都要記錄在紙帶上。(6)保持小桶和桶中細(xì)砂的質(zhì)量不變，在小車上依次加放砝碼，讓小車在木板上運(yùn)動并打出紙帶，同時在打出的紙帶上標(biāo)上號碼并記錄每次實(shí)驗(yàn)在小車上加放砝碼的個數(shù)。五、數(shù)據(jù)處理1．分析加速度和力的關(guān)系根據(jù)步驟4、5中打出的紙帶，把小車受到的拉力m0g、(m0＋m1)g、(m0＋m2)g…以及用逐差法計(jì)算出的加速度，填在下表中：實(shí)驗(yàn)次數(shù)加速度a/(m·s－2)小車受力F/N1234由以上數(shù)據(jù)畫出它的a－F關(guān)系圖像如圖5－2－2所示。通過a－F關(guān)系圖像，我們可以得出小車的加速度a與力F成正比。圖5－2－22．分析加速度和質(zhì)量的關(guān)系根據(jù)步驟6中打出的紙帶，把小車及砝碼的質(zhì)量、小車及砝碼質(zhì)量的倒數(shù)以及用逐差法計(jì)算出的加速度填在下表中：圖5－2－33．實(shí)驗(yàn)結(jié)論(1)物體的加速度跟作用在物體上的力成正比。(2)物體的加速度跟物體的質(zhì)量成反比。六、注意事項(xiàng)(1)安裝器材時，要調(diào)整滑輪的高度，使拴小車的細(xì)繩與斜面平行，且連接小車和砂桶應(yīng)在平衡摩擦力之后。(2)平衡摩擦力時不要掛重物，整個實(shí)驗(yàn)平衡了摩擦力后，不管以后是改變桶和砂的質(zhì)量，還是改變小車及砝碼的質(zhì)量，都不需要重新平衡摩擦力。(3)在小車及所加砝碼的質(zhì)量遠(yuǎn)大于砂和砂桶的總質(zhì)量的條件下，砂和砂桶的總重力才可視為小車受到的拉力。(4)每次開始測量時小車應(yīng)盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時器(或盡量遠(yuǎn)離帶滑輪的一端)，并應(yīng)先接通電源，再放開小車，且在小車到達(dá)滑輪前應(yīng)按住小車。(5)作圖像時，要使盡可能多的點(diǎn)在所作直線上，并使不在直線上的點(diǎn)應(yīng)盡可能對稱分布在所作直線兩側(cè)。離直線較遠(yuǎn)的點(diǎn)是錯誤數(shù)據(jù)，可舍去不予考慮。七、誤差分析1．系統(tǒng)誤差實(shí)驗(yàn)中用所掛重物的重力代替小車受到的拉力，實(shí)際上小車受到的拉力要小于所掛重物的重力，存在系統(tǒng)誤差。所掛重物的質(zhì)量越小于小車的質(zhì)量，誤差越??；反之誤差越大。2．偶然誤差(1)質(zhì)量的測量誤差。(2)測量紙帶上各點(diǎn)間的距離時產(chǎn)生誤差。(3)繩或紙帶與木板不平行造成的誤差。(4)平衡摩擦力不準(zhǔn)確造成的誤差。實(shí)驗(yàn)裝置如圖5－2－4所示。在兩條高、低不同的導(dǎo)軌上放置兩輛小車，車的一端連接細(xì)繩，細(xì)繩的另一端跨過定滑輪掛一個小桶；車的另一端通過細(xì)線連到一個卡口上，它可以同時釋放兩輛小車。(1)保持兩車質(zhì)量相同，在兩個小桶里放置質(zhì)量不等的細(xì)砂。研究加速度與力之間的關(guān)系。(2)保持兩小桶里的細(xì)砂質(zhì)量相等，改變兩輛小車的質(zhì)量，研究加速度與質(zhì)量之間的關(guān)系。由此，同樣可找出a與F、m的關(guān)系。圖5－2－4[例1]

在做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)時，下列說法中正確的是 (

)A．平衡摩擦力時，應(yīng)將砂桶和砂子通過定滑輪拴在小車上B．連接砂桶和小車的細(xì)繩應(yīng)跟長木板保持平行C．平衡摩擦力后，長木板的位置不能移動D．小車釋放前應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時器，且應(yīng)先接通電源再釋放小車[解析]探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中，需要平衡摩擦力，應(yīng)使紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時器的限位孔，但不能連接砂桶，A錯；為保證繩上的拉力等于小車受到的合外力，連接砂桶和小車的細(xì)繩必須與長木板平行，B對；平衡摩擦力后，若改變了木板的位置，就破壞了mgsinθ＝μmgcosθ(θ為長木板傾角、m為小車質(zhì)量)的關(guān)系，故C對；為使實(shí)驗(yàn)?zāi)艿玫捷^長的打點(diǎn)紙帶，小車釋放前應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時器，且先接通電源再釋放小車，D對。[答案]

BCD[例2]某組同學(xué)設(shè)計(jì)了“探究加速度a與物體所受合力F及質(zhì)量m的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)，圖5－2－5甲為實(shí)驗(yàn)裝置簡圖，A為小車，B為電火花計(jì)時器，C為裝有細(xì)砂的小桶，D為一端帶有定滑輪的長方形木板，實(shí)驗(yàn)中認(rèn)為細(xì)繩對小車?yán)等于細(xì)砂和小桶的總重量，小車運(yùn)動的加速度a可用紙帶上打出的點(diǎn)求得。圖5－2－5(1)圖5－2－5乙為某次實(shí)驗(yàn)得到的紙帶，已知實(shí)驗(yàn)所用電源的頻率為50Hz。根據(jù)紙帶可求出小車的加速度大小為________m/s2。(結(jié)果保留二位有效數(shù)字)圖5－2－6(3)在“探究加速度a與合力F的關(guān)系”時，保持小車的質(zhì)量不變，改變小桶中細(xì)砂的質(zhì)量，該同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出了加速度a與合力F的圖線如圖5－2－7，該圖線不通過坐標(biāo)原點(diǎn)，試分析圖線不通過坐標(biāo)原點(diǎn)的原因。圖5－2－7圖5－2－8(3)由a－F圖線知F增大至某值時物體開始有加速度，說明實(shí)驗(yàn)前沒有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不充分。[答案]

(1)3.2

(2)乙圖像見解析(3)實(shí)驗(yàn)前沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不充分。[例3]為了探究加速度與力的關(guān)系，使用如圖5－2－8所示的氣墊導(dǎo)軌裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。其中G1、G2為兩個光電門，它們與數(shù)字計(jì)時器相連，當(dāng)滑行器通過G1、G2光電門時，光束被遮擋的時間Δt1、Δt2都可以被測量并記錄，滑行器連同上面固定的一條形擋光片的總質(zhì)量為M，擋光片寬度為D，光電門間距離為s，牽引砝碼的質(zhì)量為m?；卮鹣铝袉栴}：圖5－2－8(1)實(shí)驗(yàn)開始應(yīng)先調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌下面的螺釘，使氣墊導(dǎo)軌水平，在不增加其他儀器的情況下，如何判定調(diào)節(jié)是否到位？答：______________________________________。(2)若取M＝0.4kg，改變m的值，進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，以下m的取值不合適的一個是____________。A．m1＝5g