5.2科學(xué)探究加速度與力質(zhì)量的關(guān)系課件高一上學(xué)期物理

第5章牛頓運(yùn)動定律第2節(jié)加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系日常生活中，我們常見到如圖5-5所示的情境:若幫忙推車的人越多，推力越大，車的速度改變就越快;相同推力下，若汽車是空車，則比滿載時(shí)速度改變快?？梢姡嚝@得的加速度與其質(zhì)量和所受外力有關(guān)。通過觀察，加速度與力和質(zhì)量可能存在以下關(guān)系:對同一物體，作用力越大，加速度越大:對不同物體，在相同力的作用下，物體質(zhì)量越小，加速度越大。真有這樣的規(guī)律嗎?下面，我們通過實(shí)驗(yàn)來探究加速度與力、質(zhì)量之間的關(guān)系.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)探究加速度與力質(zhì)量的關(guān)系(2)學(xué)用控制變量法索物理規(guī)律實(shí)驗(yàn)器材:帶定滑輪的木板、薄墊塊、小車、細(xì)繩、重物(小鉤碼或沙桶等)、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、交流電源、天平、碼、刻度尺。實(shí)驗(yàn)原理與設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn)運(yùn)用控制變量法，分別探究加速度與受力大小、加速度與質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)裝置如圖5-6所示。實(shí)驗(yàn)中，通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶測量小車的加速度a重物通過細(xì)繩給小車施加外力F。若保持小車質(zhì)量m不變，通過增減重物的方式改變作用于小車的拉力F，測出小車相應(yīng)的加速度a，則可得a與的關(guān)系;若保持拉力F不變，通過在小車上增減砝碼的方式改變小車的質(zhì)量m，測出相應(yīng)的加速度a，則可得a與m的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)有一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn):如何測量小車受到的合外力?常用方法是將木板一端墊高，使小車不掛重物時(shí)能勻速運(yùn)動，此時(shí)小車重力沿斜面的分力恰好抵消其所受摩擦力及其他阻力。同時(shí)，所掛重物的質(zhì)量應(yīng)遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量。在此條件下，所掛的重物重力大小便可近似認(rèn)為等于作用于小車的合外力大小。想想這是為什么。實(shí)驗(yàn)步驟(1)將小車置于帶有定滑輪的木板上，將紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器后掛在小車尾部。(2)用薄墊塊將木板一端墊高，調(diào)整其傾斜程度，直至小車運(yùn)動時(shí)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出的點(diǎn)分布均勻?yàn)橹埂?3)在細(xì)繩一端掛上重物，另一端通過定滑輪系在小車前端。注意重物質(zhì)量應(yīng)遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量。(4)將小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器后開啟打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，稍后再將小車由靜止釋放。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出一系列點(diǎn)，據(jù)此計(jì)算出小車的加速度。保持小車質(zhì)量不變，增加重物的質(zhì)量(重物總質(zhì)量仍遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量)，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，將小車所受的不同拉力與相應(yīng)計(jì)算出的加速度記錄下來。(5)保持重物不變，增加或減少小車上的砝碼以改變小車的質(zhì)量，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，將小車的質(zhì)量與相應(yīng)的加速度記錄下來。數(shù)據(jù)分析(1)小車質(zhì)量m一定時(shí)，將所受拉力F與相應(yīng)加速度a的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入表5-1中:拉力F一定時(shí)，將小車質(zhì)量m與相應(yīng)加速度a的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入表5-2中。(2)利用以上數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)紙上作出m不變時(shí)的a-F圖像，并探究當(dāng)F不變時(shí)，不同質(zhì)量的物體對應(yīng)的加速度的變化情況實(shí)驗(yàn)結(jié)論分析數(shù)據(jù)及圖像，你得到的結(jié)論是:(1)對同一物體，當(dāng)m不變時(shí)，與的關(guān)系是___________________________________________(2)對不同物體，當(dāng)不變時(shí)，a與m的關(guān)系是___________________________________________討論(1)本實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生誤差的主要原因是什么?(2)與同學(xué)討論，為何在該實(shí)驗(yàn)中要墊高木板一端?為何所掛重物的質(zhì)量要遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量?(若暫時(shí)沒有結(jié)論，待學(xué)習(xí)完下一節(jié)內(nèi)容后再進(jìn)一步研究)(3)對探究方案有何改進(jìn)建議?你還有其他設(shè)計(jì)方案嗎?DIS實(shí)驗(yàn)室探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作與上述實(shí)驗(yàn)類似，只不過測量小車的加速度時(shí)，不使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，而是通過位移傳感器、數(shù)據(jù)采集器在相連接的計(jì)算機(jī)上直接讀出。完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)操作，輸入相關(guān)數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)可直接顯示小車質(zhì)量不變時(shí)的a-F圖像。將小車質(zhì)量增加為原來的2倍，重復(fù)上述過程，畫出不同質(zhì)量的小車對應(yīng)的a-F圖像。分析圖像，得出結(jié)論。節(jié)練習(xí)1.請參考教科書內(nèi)容撰寫“探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，請對實(shí)驗(yàn)操作提出問題，并進(jìn)行討論。2.某實(shí)驗(yàn)小組在做本節(jié)的探究實(shí)驗(yàn)時(shí)，用質(zhì)量分別為M、2M和3M的小車進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)并作出了如圖所示的圖像。根據(jù)圖像，你能得到什么結(jié)論?(請寫出兩點(diǎn))1.觀察單個(gè)直線，可知當(dāng)質(zhì)量一定時(shí)，加速度和受力成正比;2.圖中豎直虛線與三條圖線相交，交點(diǎn)表示受力一定時(shí)，加速度與質(zhì)量的關(guān)系，從圖中可知受力一定時(shí)，質(zhì)量越大，加速度越小。3.在“探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)中，小車質(zhì)量M和重物質(zhì)量m分別選取下列四組值:①M(fèi)=500g，m分別為70g、100g、125g、150g②M=500g，m分別為20g、30g、40g、50g。③M=200g，m分別為70g、75g、100g、125g④M-200g，m分別為30g、40g、50g、60g√在其他操作都相網(wǎng)且正項(xiàng)的情況下，通用___________組值測量后所作出的圖像較準(zhǔn)確。在選用此組值時(shí)，m取__________時(shí)實(shí)驗(yàn)誤差較大。4.在“探究加速度與物休受力、物體質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，甲、己兩位同學(xué)作出的a-F圖像分別如圖中1和0所示，均明顯超出了誤差范圍請從平衡摩擦力的角度分析出現(xiàn)這種狀況的原因。*5.關(guān)于“探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)，試設(shè)計(jì)一個(gè)不需測量加速度a具體數(shù)值的實(shí)驗(yàn)方案。*6.為了探究受到空氣阻力時(shí)物體運(yùn)動速度隨時(shí)間的變化規(guī)律，某同學(xué)采用了與“探究加速度與物體受力。物體質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)類似的實(shí)驗(yàn)裝置，如圖(a)所示實(shí)驗(yàn)時(shí)，平衡小車與木板之間的摩擦力后，在小車上安裝一薄板，以增大空氣對小車運(yùn)動的阻力。(1)往砝碼盤中加入一小砝碼，在釋放小車_________(選填“之前”“之后”或“同時(shí)”)接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源。(2)從紙帶上選取若干計(jì)數(shù)點(diǎn)進(jìn)行測量，計(jì)算得出