人教版（2019）高中物理必修第一冊4.2實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系 課件

1、4.2 探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系 實(shí)驗(yàn)思路實(shí)驗(yàn)思路：用控制變量法探究加速度用控制變量法探究加速度a a與力與力F F的關(guān)系和加速的關(guān)系和加速 度度a a與質(zhì)量與質(zhì)量m m的關(guān)系。的關(guān)系。 實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康模?1 1學(xué)會用控制變量法研究物理規(guī)律。學(xué)會用控制變量法研究物理規(guī)律。 2 2會測量加速度、力和質(zhì)量，能作出物體運(yùn)動的會測量加速度、力和質(zhì)量，能作出物體運(yùn)動的a a-F F、 a a-m-m圖像圖像。 3.3.能通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及圖象得出加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系能通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及圖象得出加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系。 實(shí)驗(yàn)器材實(shí)驗(yàn)器材： 小車、槽碼、砝碼、細(xì)繩、一端附有定滑輪的長木板、墊小車、槽碼、砝碼、

2、細(xì)繩、一端附有定滑輪的長木板、墊 木、打點(diǎn)計時器、交流電源、紙帶、刻度尺、天平。木、打點(diǎn)計時器、交流電源、紙帶、刻度尺、天平。 一、實(shí)驗(yàn)思路一、實(shí)驗(yàn)思路 實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理：實(shí)驗(yàn)的基本思想實(shí)驗(yàn)的基本思想控制變量法控制變量法 1、保持研究對象即小車的質(zhì)量不變，改變槽碼保持研究對象即小車的質(zhì)量不變，改變槽碼 的個數(shù)可以成倍地改變小車所受拉力，即改變作的個數(shù)可以成倍地改變小車所受拉力，即改變作 用力，測出小車的對應(yīng)加速度，驗(yàn)證加速度是否用力，測出小車的對應(yīng)加速度，驗(yàn)證加速度是否 正比于作用力。正比于作用力。 2、保持小車所受拉力不變，改變研究對象即小保持小車所受拉力不變，改變研究對象即小 車的質(zhì)量，測

3、出對應(yīng)不同質(zhì)量的加速度，驗(yàn)證加車的質(zhì)量，測出對應(yīng)不同質(zhì)量的加速度，驗(yàn)證加 速度是否反比于質(zhì)量。速度是否反比于質(zhì)量。 加速度a與力F 的關(guān)系 保持小車質(zhì)量不變，通過改變槽碼的個數(shù)保持小車質(zhì)量不變，通過改變槽碼的個數(shù) 改變小車所受的拉力。改變小車所受的拉力。小車所受的拉力可認(rèn)為小車所受的拉力可認(rèn)為 與槽碼所受的重力相等與槽碼所受的重力相等。測得不同拉力下小車。測得不同拉力下小車 運(yùn)動的加速度，分析加速度與拉力的變化情況，運(yùn)動的加速度，分析加速度與拉力的變化情況， 找出二者之間的定量關(guān)系。找出二者之間的定量關(guān)系。 加速度a與力m的關(guān)系 保持小車所受的拉力不變，通過在小車保持小車所受的拉力不變，通過在

4、小車 上增加重物改變小車的質(zhì)量。測得不同質(zhì)量上增加重物改變小車的質(zhì)量。測得不同質(zhì)量 的小車在這個拉力下運(yùn)動的加速度，分析加的小車在這個拉力下運(yùn)動的加速度，分析加 速度與質(zhì)量的變化情況，找出二者之間的定速度與質(zhì)量的變化情況，找出二者之間的定 量關(guān)系。量關(guān)系。 二、物理量的測量二、物理量的測量 1、質(zhì)量的測量、質(zhì)量的測量 托盤天平托盤天平為了改變小車的質(zhì)量，可以為了改變小車的質(zhì)量，可以 在小車中增減砝碼的數(shù)量。在小車中增減砝碼的數(shù)量。 2、加速度的測量、加速度的測量 方法方法1 則測量小車加速度最直接的辦法就是用刻度尺測量小車移動則測量小車加速度最直接的辦法就是用刻度尺測量小車移動 的位移的位移x

5、。并用秒表測量發(fā)生這段位移所用的時間。并用秒表測量發(fā)生這段位移所用的時間t，然后由，然后由 計算出加速度計算出加速度a。 小車做初速度為小車做初速度為0的勻加速直線運(yùn)動。的勻加速直線運(yùn)動。 2 2 1 atx 2 2 t x a 方法方法2 將打點(diǎn)計時器的紙帶連在小車上，根據(jù)紙帶上將打點(diǎn)計時器的紙帶連在小車上，根據(jù)紙帶上 打出的點(diǎn)來測量加速度。打出的點(diǎn)來測量加速度。 方法方法3 讓讓兩個小車兩個小車做初速度為做初速度為0的勻加速直線運(yùn)動。的勻加速直線運(yùn)動。 2 1 2 1 a a x x 測量加速度就轉(zhuǎn)換成測量位移了。測量加速度就轉(zhuǎn)換成測量位移了。 3、力的測量、力的測量 孤力物體是不存在的，

6、所以實(shí)驗(yàn)中的孤力物體是不存在的，所以實(shí)驗(yàn)中的F是合力。是合力。 F mg FN T Ff 1 1用天平測出小車的質(zhì)量用天平測出小車的質(zhì)量M M，并把數(shù)值記錄下來。，并把數(shù)值記錄下來。 2 2按如圖所示的裝置把實(shí)驗(yàn)器材安裝好按如圖所示的裝置把實(shí)驗(yàn)器材安裝好( (小車上先不小車上先不 系繩系繩) )。 3 3平衡摩擦力：平衡摩擦力：在長木板不帶定滑輪的一端下面墊在長木板不帶定滑輪的一端下面墊 一木塊，反復(fù)移動木塊位置，直到輕推小車在斜面上運(yùn)動一木塊，反復(fù)移動木塊位置，直到輕推小車在斜面上運(yùn)動 時可保持勻速直線運(yùn)動為止時可保持勻速直線運(yùn)動為止( (紙帶上相鄰點(diǎn)間距相等紙帶上相鄰點(diǎn)間距相等) )。 三

7、、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)三、進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 次數(shù)次數(shù)123456 小車加速度小車加速度a/(ms 2) 槽碼的質(zhì)量槽碼的質(zhì)量m/kg 拉力拉力F/N 次數(shù)次數(shù)123456 小車加速度小車加速度a/(ms 2) 小車小車(含砝碼含砝碼)質(zhì)量質(zhì)量M/kg /kg 1 1由表由表1中記錄的數(shù)據(jù)，以中記錄的數(shù)據(jù)，以a為縱坐標(biāo)、為縱坐標(biāo)、F為橫坐標(biāo)，根為橫坐標(biāo)，根 據(jù)數(shù)據(jù)作據(jù)數(shù)據(jù)作aF圖像圖像(如圖如圖1)，找出規(guī)律，分析，找出規(guī)律，分析a與與F的關(guān)系。的關(guān)系。 2由表由表2中記錄的數(shù)據(jù)，分別以中記錄的數(shù)據(jù)，分別以a為縱坐標(biāo)、為縱坐標(biāo)、M和為橫和為橫 坐標(biāo)，根據(jù)數(shù)據(jù)作坐標(biāo)，根據(jù)數(shù)據(jù)作aM圖像和圖像和a 圖像圖像(如圖如圖2

8、、3)，分析，分析 a與與M的關(guān)系。的關(guān)系。 四、數(shù)據(jù)分析四、數(shù)據(jù)分析 3 3實(shí)驗(yàn)結(jié)論實(shí)驗(yàn)結(jié)論 (1) (1)保持物體質(zhì)量不變時，物體的加速度保持物體質(zhì)量不變時，物體的加速度a a與所受力與所受力F F成正比。成正比。 (2) (2)在力在力F F不變時，物體的加速度不變時，物體的加速度a a與質(zhì)量與質(zhì)量M M成反比。成反比。 產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因減小方法減小方法 偶然偶然 誤差誤差 質(zhì)量測量不準(zhǔn)、計數(shù)點(diǎn)質(zhì)量測量不準(zhǔn)、計數(shù)點(diǎn) 間距測量不準(zhǔn)間距測量不準(zhǔn) 多次測量求平均值多次測量求平均值 小車所受拉力測量不準(zhǔn)小車所受拉力測量不準(zhǔn) 準(zhǔn)確平衡摩擦力準(zhǔn)確平衡摩擦力 使細(xì)繩和紙帶平行于木板使細(xì)繩和紙帶平行于木

9、板 作圖不準(zhǔn)作圖不準(zhǔn) 使盡可能多的點(diǎn)落在直線上或使盡可能多的點(diǎn)落在直線上或 均勻分布在直線兩側(cè)，誤差較均勻分布在直線兩側(cè)，誤差較 大的點(diǎn)舍去大的點(diǎn)舍去 系統(tǒng)系統(tǒng) 誤差誤差 槽碼的總重力代替小車槽碼的總重力代替小車 所受的拉力所受的拉力 使槽碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的使槽碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的 質(zhì)量質(zhì)量 誤差分析 1平衡摩擦力時不要掛重物，整個實(shí)驗(yàn)平衡了摩擦力后，平衡摩擦力時不要掛重物，整個實(shí)驗(yàn)平衡了摩擦力后， 不管以后是改變槽碼的個數(shù)，還是改變小車及砝碼的質(zhì)量，不管以后是改變槽碼的個數(shù)，還是改變小車及砝碼的質(zhì)量， 都不需要重新平衡摩擦力。都不需要重新平衡摩擦力。 2實(shí)驗(yàn)中必須滿足小車和砝碼的總質(zhì)量

10、遠(yuǎn)大于槽碼的總實(shí)驗(yàn)中必須滿足小車和砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)大于槽碼的總 質(zhì)量。只有如此，砝碼和小盤的總重力才可視為與小車受質(zhì)量。只有如此，砝碼和小盤的總重力才可視為與小車受 到的拉力相等。到的拉力相等。 3各紙帶的加速度各紙帶的加速度a，都應(yīng)是該紙帶上的平均加速度。，都應(yīng)是該紙帶上的平均加速度。 4作圖像時，要使盡可能多的點(diǎn)在所作直線上，不在直作圖像時，要使盡可能多的點(diǎn)在所作直線上，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)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。的點(diǎn)是錯誤數(shù)據(jù)，可舍去不予考慮。 5釋放時小車應(yīng)靠近打點(diǎn)計時器，且先接通電源再放開

11、釋放時小車應(yīng)靠近打點(diǎn)計時器，且先接通電源再放開 小車。小車。 注意事項 課堂小結(jié) 一、實(shí)驗(yàn)思路一、實(shí)驗(yàn)思路 用控制變量法探究加速度用控制變量法探究加速度a a與力與力F F的關(guān)系和加速度的關(guān)系和加速度a a與質(zhì)量與質(zhì)量m m 的關(guān)系。的關(guān)系。 二、物理量的測量二、物理量的測量 質(zhì)量、加速度、力的測量質(zhì)量、加速度、力的測量 三、三、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 四、數(shù)據(jù)分析四、數(shù)據(jù)分析 (1)(1)保持物體質(zhì)量不變時，物體的加速度保持物體質(zhì)量不變時，物體的加速度a a與所受力與所受力F F成正比。成正比。 (2)(2)在力在力F F不變時，物體的加速度不變時，物體的加速度a a與質(zhì)量與質(zhì)量M M成反比。成反

12、比。 1.某同學(xué)用如圖某同學(xué)用如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證牛頓第二定律，請回答下所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證牛頓第二定律，請回答下 列有關(guān)此實(shí)驗(yàn)的問題：列有關(guān)此實(shí)驗(yàn)的問題： (1)該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備了圖該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備了圖1中所示的實(shí)驗(yàn)裝置及下列輔助器中所示的實(shí)驗(yàn)裝置及下列輔助器 材：材： A交流電源、導(dǎo)線交流電源、導(dǎo)線 B天平天平(含配套砝碼含配套砝碼) C秒表秒表 D刻度尺刻度尺 E細(xì)線、沙和小沙桶細(xì)線、沙和小沙桶 其中不必要的器材是其中不必要的器材是_(填代號填代號)。 C 小試牛刀 (2)打點(diǎn)計時器在小車拖動的紙帶上打下一系列點(diǎn)跡，以打點(diǎn)計時器在小車拖動的紙帶上打下一系列點(diǎn)跡，以 此記錄小車的運(yùn)動

13、情況。其中一部分紙帶上的點(diǎn)跡情況如此記錄小車的運(yùn)動情況。其中一部分紙帶上的點(diǎn)跡情況如 圖圖2所示，已知打點(diǎn)計時器打點(diǎn)的時間間隔所示，已知打點(diǎn)計時器打點(diǎn)的時間間隔T0.02 s，測，測 得得A點(diǎn)到點(diǎn)到B、C點(diǎn)的距離分別為點(diǎn)的距離分別為x15.99 cm、x213.59 cm ，則在打下點(diǎn)跡，則在打下點(diǎn)跡B時，小車運(yùn)動的速度時，小車運(yùn)動的速度vB_ m/s； 小車做勻加速直線運(yùn)動的加速度小車做勻加速直線運(yùn)動的加速度a_ m/s2。(結(jié)果保結(jié)果保 留三位有效數(shù)字留三位有效數(shù)字) 0.680 1.61 (3)(3)在驗(yàn)證在驗(yàn)證“質(zhì)量一定，加速度質(zhì)量一定，加速度a a與合外力與合外力F F的關(guān)系的關(guān)系”時，時， 某學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出了如圖某學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出了如圖3 3所示的所示的a aF F圖像，其中圖像，其中 圖線不過原點(diǎn)的原因是圖線不過原點(diǎn)的原因是_，圖線在末端，圖線在末端 彎曲的原因是彎曲的原因是_。 平衡摩擦力過度平衡摩擦力過度 沙和沙桶的質(zhì)量太大沙和沙桶的質(zhì)量太大 (3)(3)由圖由圖3 3所示圖像可知小車的拉力為所示圖像可知小車的拉力為0 0時，小車的加速度大時，小車的加速度大 于于0 0，說明合外力大于，說明合外力大于0 0，說明平衡摩擦力過度，即木板與，說明平衡摩擦力過度，即木板與 水平面的夾角太大；該實(shí)驗(yàn)中當(dāng)小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于沙和沙水平面的夾角太大；該實(shí)