5.2科學探究加速度與力質(zhì)量的關系課件高一上學期物理

第5章牛頓運動定律第2節(jié)加速度與力、質(zhì)量的關系日常生活中，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，則比滿載時速度改變快?？梢?，汽車獲得的加速度與其質(zhì)量和所受外力有關。通過觀察，加速度與力和質(zhì)量可能存在以下關系: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，我們通過實驗來探究加速度與力、質(zhì)量之間的關系.實驗目的(1)探究加速度與力質(zhì)量的關系(2)學用控制變量法索物理規(guī)律實驗器材:帶定滑輪的木板、薄墊塊、小車、細繩、重物(小鉤碼或沙桶等)、打點計時器、紙帶、交流電源、天平、碼、刻度尺。實驗原理與設計本實驗運用控制變量法，分別探究加速度與受力大小、加速度與質(zhì)量的關系實驗裝置如圖5-6所示。實驗中，通過打點計時器打出的紙帶測量小車的加速度a重物通過細繩給小車施加外力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，測出小車相應的加速度a，則可得a與的關系;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，測出相應的加速度a，則可得a與m的關系。實驗設計有一個關鍵點:如何測量小車受到的合外力?常用方法是將木板一端墊高，使小車不掛重物時能勻速運動，此時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，所掛重物的質(zhì)量應遠小于小車的質(zhì)量。在此條件下，所掛的重物重力大小便可近似認為等于作用于小車的合外力大小。想想這是為什么。實驗步驟(1)將小車置于帶有定滑輪的木板上，將紙帶穿過打點計時器后掛在小車尾部。(2)用薄墊塊將木板一端墊高，調(diào)整其傾斜程度，直至小車運動時打點計時器在紙帶上打出的點分布均勻為止。(3)在細繩一端掛上重物，另一端通過定滑輪系在小車前端。注意重物質(zhì)量應遠小于小車質(zhì)量。(4)將小車靠近打點計時器后開啟打點計時器，稍后再將小車由靜止釋放。打點計時器在紙帶上打出一系列點，據(jù)此計算出小車的加速度。保持小車質(zhì)量不變，增加重物的質(zhì)量(重物總質(zhì)量仍遠小于小車質(zhì)量)，重復實驗，將小車所受的不同拉力與相應計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，重復實驗，將小車的質(zhì)量與相應的加速度記錄下來。數(shù)據(jù)分析(1)小車質(zhì)量m一定時，將所受拉力F與相應加速度a的實驗數(shù)據(jù)填入表5-1中:拉力F一定時，將小車質(zhì)量m與相應加速度a的實驗數(shù)據(jù)填入表5-2中。(2)利用以上數(shù)據(jù)，在坐標紙上作出m不變時的a-F圖像，并探究當F不變時，不同質(zhì)量的物體對應的加速度的變化情況實驗結(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m不變時，與的關系是___________________________________________(2)對不同物體，當不變時，a與m的關系是___________________________________________討論(1)本實驗產(chǎn)生誤差的主要原因是什么?(2)與同學討論，為何在該實驗中要墊高木板一端?為何所掛重物的質(zhì)量要遠小于小車質(zhì)量?(若暫時沒有結(jié)論，待學習完下一節(jié)內(nèi)容后再進一步研究)(3)對探究方案有何改進建議?你還有其他設計方案嗎?DIS實驗室探究加速度與力、質(zhì)量的關系實驗設計和操作與上述實驗類似，只不過測量小車的加速度時，不使用打點計時器，而是通過位移傳感器、數(shù)據(jù)采集器在相連接的計算機上直接讀出。完成相關實驗操作，輸入相關數(shù)據(jù)，計算機可直接顯示小車質(zhì)量不變時的a-F圖像。將小車質(zhì)量增加為原來的2倍，重復上述過程，畫出不同質(zhì)量的小車對應的a-F圖像。分析圖像，得出結(jié)論。節(jié)練習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)量的關系的實驗報告，請對實驗操作提出問題，并進行討論。2.某實驗小組在做本節(jié)的探究實驗時，用質(zhì)量分別為M、2M和3M的小車進行了實驗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)1.觀察單個直線，可知當質(zhì)量一定時，加速度和受力成正比;2.圖中豎直虛線與三條圖線相交，交點表示受力一定時，加速度與質(zhì)量的關系，從圖中可知受力一定時，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)量的關系實驗中，小車質(zhì)量M和重物質(zhì)量m分別選取下列四組值:①M=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)且正項的情況下，通用___________組值測量后所作出的圖像較準確。在選用此組值時，m取__________時實驗誤差較大。4.在“探究加速度與物休受力、物體質(zhì)量的關系”實驗中，甲、己兩位同學作出的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.關于“探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關系”的實驗，試設計一個不需測量加速度a具體數(shù)值的實驗方案。*6.為了探究受到空氣阻力時物體運動速度隨時間的變化規(guī)律，某同學采用了與“探究加速度與物體受力。物體質(zhì)量的關系”實驗類似的實驗裝置，如圖(a)所示實驗時，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”)接通打點計時器的電源。(2)從紙帶上選取若干計數(shù)點進行測量，計算得出