人教版高中物理必修一 （實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系）運動和力的關(guān)系教學(xué)課件

第四章運動和力的關(guān)系4.2

實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系

目錄一、上節(jié)回溯三、小結(jié)四、練習(xí)二、知識講解一、上節(jié)回溯1．伽利略理想實驗2．牛頓第一定律2．慣性速度是描述運動狀態(tài)的物理量，加速度是描述速度變化快慢的物理量，因此加速度可以說是描述運動狀態(tài)變化快慢的物理量。力是改變物體運動狀態(tài)的原因，慣性大的物體運動狀態(tài)越難改變，質(zhì)量是慣性的唯一量度。因此加速度、力、質(zhì)量之間必然存在定量的關(guān)系。那么這個關(guān)系是什么呢？問題引入二、知識講解——實驗思路思考問題1．牛頓第一定律告訴我們，當(dāng)物體不受力或所受合力為零，運動狀態(tài)不變。那么如果合力不為零，物體會做什么運動？問題2．受力相同的物體，運動狀態(tài)改變的快慢（加速度）是相同的嗎？同樣大小的力，滿載和空載的地鐵，哪個加速度大？問題3．猜想加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系。二、知識講解——實驗思路猜想：加速度與力成正比，與質(zhì)量成反比。如何設(shè)計實驗，驗證這個猜想？思考以下幾個問題設(shè)計實驗問題2．需要測量哪些物理量，如何控制變量？分別有幾種測量方法？如何準(zhǔn)確測量這些物理量？問題3．怎樣準(zhǔn)確記錄實驗數(shù)據(jù)？如何利用圖像法處理實驗數(shù)據(jù)、獲取結(jié)論？問題1．若要通過實驗尋找加速度與力和質(zhì)量的定量關(guān)系，選取的研究對象是什么？要使研究對象怎樣運動？二、知識講解——實驗思路我們可以利用如右圖所示的裝置進(jìn)行實驗探究，將小車置于水平木板上，通過滑輪與槽碼相連。小車可以在槽碼的牽引下運動。設(shè)計實驗加速度與力的關(guān)系保持小車的質(zhì)量不變，改變槽碼數(shù)量改變小車所受的拉力，小車所受拉力可認(rèn)為與槽碼所受重力相等。加速度與質(zhì)量的關(guān)系保持小車所受拉力不變，在小車上增加重物來改變小車的質(zhì)量。二、知識講解——實驗思路如何保證小車所受的拉力等于槽碼所受的重力？設(shè)計實驗槽碼的質(zhì)量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量，除此之外還要平衡摩擦力。阻力補償法：調(diào)節(jié)木板的傾斜角度，使小車在不受牽引力時能拖動紙帶沿木板勻速運動。二、知識講解——實驗思路可以用天平測量質(zhì)量。為了改變小車的質(zhì)量，可以在小車中放上砝碼，通過增減砝碼來改變質(zhì)量。質(zhì)量的測量二、知識講解——物理量的測量根據(jù)打點計時器打出的紙帶，計算小車在相等時間間隔內(nèi)的位移差Δx

，計算加速度的公式為Δx＝aT2；或計算每個點的瞬時速度，通過加速度的定義來求加速度。加速度的測量二、知識講解——物理量的測量加速度的測量如果在實驗中讓另一個初速度為零做勻加速直線運動的小車，與實驗中的小車同時運動相同的時間t，那么它們的位移之比就是加速度之比。這個方法可以把測量加速度轉(zhuǎn)換成測量位移。二、知識講解——物理量的測量力的測量現(xiàn)實中，僅受一個力作用的物體幾乎不存在。然而，一個單獨的力作用效果跟它大小、方向都相同的合力的作用效果是相同的。因此實驗中的作用力的含義可以是物體所受合力。當(dāng)平衡摩擦力后，鉤碼的重力可以近似看成是小車所受到的恒定的合力。二、知識講解——物理量的測量實驗?zāi)康奶骄考铀俣扰c力、質(zhì)量的定量關(guān)系。學(xué)會用控制變量法研究物理規(guī)律和運用圖像處理物理問題的方法。實驗原理

實驗中有力

F、質(zhì)量

M和加速度

a三個變量，研究

a與

F及

M的關(guān)系時，先控制質(zhì)量

M不變，研究

a與

F的關(guān)系；然后再控制力

F不變，研究

a與

M的關(guān)系。二、知識講解——進(jìn)行實驗實驗器材

打點計時器、紙帶、小車、一端附有定滑輪的長木板、小桶、細(xì)繩、鉤碼、低壓交流電源、導(dǎo)線、天平（帶砝碼）、刻度尺、坐標(biāo)紙。二、知識講解——進(jìn)行實驗實驗步驟1．用天平測出小車和小桶的質(zhì)量

M0和

m0。2．按照圖示裝置安裝實驗儀器（要求：小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼和桶質(zhì)量）。小車上不掛重物，用小木塊墊起軌道的一端使軌道與水平面成一個較小的角度。角度設(shè)計要求：輕推小車，小車拖動紙帶在長木板上做

運動（或者說，紙帶上打出的點跡

），這個過程目的是

。3．在小桶中放鉤碼，則牽引小車的力可認(rèn)為等于

。將細(xì)繩系在小車上并繞過滑輪懸掛小桶，使小車靠近打點計時器，先

，然后釋放小車，打點計時器在紙帶上打下一系列點，斷開電源，取下紙帶，在紙帶上標(biāo)上編號以便數(shù)據(jù)處理時使用。二、知識講解——進(jìn)行實驗實驗器材4．保持小車的質(zhì)量不變，多次改變鉤碼的質(zhì)量

m，重復(fù)步驟3再完成4次實驗，并算出每條紙帶對應(yīng)的加速度的值，填入表1中。5．用縱坐標(biāo)表示加速度

a，橫坐標(biāo)表示作用力

F，即砝碼和小桶的總重力(m＋m0)g，作出

a-F圖像，驗證加速度與合外力的關(guān)系。6．保持

F，即鉤碼和小桶的質(zhì)量不變，多次在小車上加放砝碼以改變小車的總質(zhì)量

M，重復(fù)步驟3完成5次實驗，求出相應(yīng)的加速度填入表2中，用縱坐標(biāo)表示加速度

a，橫坐標(biāo)表示小車和車內(nèi)砝碼總質(zhì)量的倒數(shù)

，描出相應(yīng)的點并作圖線，以驗證加速度與質(zhì)量的關(guān)系。二、知識講解——進(jìn)行實驗數(shù)據(jù)記錄M0＝

kgm0＝

kg序號鉤碼的質(zhì)量m/g鉤碼和小桶的總重力(m＋

m0)g/N時間間隔T/s位移x1/cm位移x2/cm連續(xù)相等時間位移差Δx＝x2－x1加速度a/(m·s-2)1

2

3

4

5

二、知識講解——進(jìn)行實驗數(shù)據(jù)記錄m＋m0＝

kg序號小車的總質(zhì)量M/kg

時間間隔T/s位移x1/cm位移x2/cm連續(xù)相等時間位移差Δx＝x2－x1加速度a/(m·s-2)1

2

3

4

5

二、知識講解——進(jìn)行實驗數(shù)據(jù)記錄注意給每條紙帶做好標(biāo)記二、知識講解——進(jìn)行實驗數(shù)據(jù)處理為了直觀的判斷加速度a

與拉力F

的定量關(guān)系，我們以a

為縱坐標(biāo)、F為橫坐標(biāo)建立直角坐標(biāo)系，根據(jù)各組實驗數(shù)據(jù)在紙上描點，做a-F

圖像。當(dāng)小車質(zhì)量不變時次數(shù)F/Na/(m·s-2)12345實驗結(jié)論：質(zhì)量一定時，加速度與力的大小成正比。0.100.1460.200.3020.300.4280.400.5920.500.751a/(m·s-2)F/N0.10.20.30.40.500.150.300.450.600.75二、知識講解——數(shù)據(jù)處理與分析數(shù)據(jù)處理為了直觀的判斷加速度a

與拉力m的定量關(guān)系，我們以a

為縱坐標(biāo)、m

為橫坐標(biāo)建立直角坐標(biāo)系，根據(jù)各組實驗數(shù)據(jù)在紙上描點，做a-m

圖像。圖像很難直觀地看出來是否為雙曲線，如何解決這個問題？當(dāng)拉力不變時次數(shù)m/kga/(m·s-2)123450.4000.8610.5000.6920.7500.4701.0000.3521.2000.290a/(m·s-2)m/kg00.20.40.60.81.01.20.20.40.60.81.0二、知識講解——數(shù)據(jù)處理與分析數(shù)據(jù)處理

實驗結(jié)論：力的大小一定時，加速度與質(zhì)量成反比。當(dāng)拉力不變時次數(shù)1/m(kg-1)m/kga/(m·s-2)12.5022.0031.3341.0050.830.4000.8610.5000.6920.7500.4701.0000.3521.2000.290a/(m·s-2)

0.20.40.60.81.000.51.01.52.02.5二、知識講解——數(shù)據(jù)處理與分析思考問題1．若

a-F圖線未通過坐標(biāo)原點，可能原因是什么？如果過縱軸說明什么？過橫軸說明什么？問題2．若

a-F圖線后半段明顯偏離直線，造成此現(xiàn)象的主要原因可能是什么？問題3．若

a-1/m圖線不是一條直線，造成此現(xiàn)象的主要原因可能是什么？二、知識講解——數(shù)據(jù)處理與分析三、小結(jié)實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系實驗探究加速度與所受的作用力成正比加速度與物體質(zhì)量成反比設(shè)計實驗實驗操作實驗數(shù)據(jù)分析加速度、力、質(zhì)量的測量平衡摩擦力的方法減小系統(tǒng)誤差的方法建立坐標(biāo)系，繪制和分析

a-F圖像建立坐標(biāo)系，繪制和分析

a-1/m圖像四、練習(xí)1．（2021山西高一下月考）為了探究質(zhì)量一定時加速度與力的關(guān)系，一同學(xué)設(shè)計了如圖所示的實驗裝置，其中M為小車的質(zhì)量，m為鉤碼的質(zhì)量，為了保證力傳感器的讀數(shù)為小車所受的合外力，關(guān)于實驗操作需要進(jìn)行的是（）在未掛鉤碼時，將木板的右端墊高以平衡摩擦力在懸掛鉤碼后，將木板的右端墊高以平衡摩擦力所掛鉤碼的質(zhì)量盡量大一些所掛鉤碼的質(zhì)量盡量小一些A2．（2020北京朝陽高三上期末）用斜面、小車、砂桶、砝碼等器材做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗。甲、乙兩同學(xué)用同一套裝置完成了實驗操作，利用測量得到的數(shù)據(jù)，他們在同一坐標(biāo)系中畫了各自的a-F圖線。由圖線可以判斷甲、乙兩同學(xué)做實驗時哪一個物理量的取值不同？

并比較其大小

。質(zhì)量甲車的質(zhì)量小于乙車的質(zhì)量四、練習(xí)謝謝實驗：探究小車隨時間變化的規(guī)律

思考如何研究一個物體運動規(guī)律？（知道物體在不同時刻的速度）如何知道物體在不同時刻的速度？用什么儀器可以測得？（打點計時器）實驗設(shè)計學(xué)生電源，刻度尺鉤碼小車細(xì)繩紙帶打點計時器一端附有定滑輪的長木板實驗步驟（1）把附有滑輪的長木板放在實驗桌上；把打點計時器固定。（2）將紙帶連在小車后面，再穿過打點計時器。（3）在小車的另一端通過細(xì)繩掛上鉤碼。（4）先接通電源，然后放開小車，讓小車拖著紙帶運動，打完一條紙帶后立即關(guān)閉電源。（5）更換紙帶，重復(fù)做三次。注意事項1.開始釋放小車時，應(yīng)使小車靠近打點計時器2.先接通電源，待打點計時器打點穩(wěn)定后，再釋放小車，當(dāng)小車停止運動時及時斷開電源3.要防止鉤碼落地和小車跟滑輪相撞，當(dāng)小車到達(dá)滑輪前及時用手按住它4.小車另一端所掛的鉤碼個數(shù)要適當(dāng)，避免加速度過大而使紙帶上打的點太少，或加速度太小使各段位移無法區(qū)別，從而使誤差增大處理紙帶舍掉開頭過于密集的點，從清楚的點開始,每隔四個計時點取一個計數(shù)點；取六個點，依次標(biāo)號為0，1，2，3，4，50.10s0.10s過于密集/不清晰的點處理紙帶例：求3這個計數(shù)點的速度：

x4

-x2v3=v24=———=————

2△tx24

2△t△t為多少?x1x2x3x4x5哪一種方法更好？如何利用vIt圖求加速度①取任意兩組數(shù)據(jù)求出Δv和Δt，然后代入求解。②在v—t圖象上取一段時間Δt（盡量取大一些），找出Δt對應(yīng)的Δv，代入求解。（畫圖時讓不在直線上的點盡可能等量地分布在直線兩側(cè)，就是為了使偏大或偏小的誤差盡可能地抵消，所以圖象也是減小誤差的一種手段，也就是說應(yīng)該用圖象上的點，而不是用實驗所得到的數(shù)據(jù)）△va=——△t△va=——△t2實驗：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律

思維體操實驗室如何獲得較簡單的運動？如何設(shè)計實驗？需要哪些器材？一、實驗設(shè)計二、實驗步驟⑴木板平放，并使滑輪伸出桌面，把打點計時器固定，連接好電路。⑵穿紙帶；掛鉤碼。⑶先接通電源，然后放開小車，讓小車拖著紙帶運動，打完一條后立即關(guān)閉電源。⑷換紙帶，加鉤碼，再做一次。三、實驗注意點1．固定打點計時器時應(yīng)讓限位孔處在長木板的中央位置。2．滑輪不能過高,細(xì)繩應(yīng)與木板平行.3．小車應(yīng)由緊靠打點計時器處開始釋放，在撞擊長木板末端前應(yīng)讓小車停止運動,防止小車從板上掉下來。