高中物理必修一 第四章 第二節(jié) 實驗 探究加速度及力 質(zhì)量的關系 優(yōu)秀課件

1、第四章第四章 牛頓運動定律牛頓運動定律動力學的奠基者動力學的奠基者 英國科學家牛頓英國科學家牛頓(1643-1727)吉林省乾安縣第四中學吉林省乾安縣第四中學 131400 131400 金迎時金迎時E-mail:E-mail:人教版必修一人教版必修一 新課標地區(qū)新課標地區(qū)會員社區(qū)用戶名：會員社區(qū)用戶名：牛頓第一定律：牛頓第一定律：一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài),除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)。牛頓第一定律：牛頓第一定律：一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài),除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)。力是產(chǎn)生加速度的原因力是產(chǎn)生加速度的原因加速度加速度a a與力與力F F有

2、有關關加速度加速度a a與與質(zhì)量質(zhì)量m m有關有關F1賽車從賽車從0加速到時速加速到時速100公里只需公里只需2.3秒秒質(zhì)量是慣性大小的量度質(zhì)量是慣性大小的量度 物體的加速度a與所受到的合外力F、物體質(zhì)量m有怎樣的定量關系？研究方法：研究方法：保持保持m不變，研究不變，研究a 與與F的關系的關系; 保持保持F不變，研究不變，研究a與與m的關系。的關系。實驗驗證實驗驗證思考：如何設計實驗思考：如何設計實驗?事實是不是這樣呢？事實是不是這樣呢？m一定，一定， a F； F一定，一定， a1/m。明確幾個問題明確幾個問題:2.如何由實驗得出結論?1.怎么設計這個實驗?1.測量哪些量?2.怎么測量?數(shù)

3、據(jù)處理：m不變時，a與F關系；F不變時，a與m關系。 a、F、m m： a:F:天平求出物體所受的合力實驗設計實驗設計: 參考方案一參考方案一:用用打點計時器打點計時器探究探究小車小車:打點計時器打點計時器:測量小車運動過程中的加速度測量小車運動過程中的加速度鉤碼鉤碼:重力提供拉力重力提供拉力研究對象研究對象,可用天平稱其質(zhì)量可用天平稱其質(zhì)量合力合力F=?GFNFf平衡摩擦力： 鉤碼重力鉤碼重力近似近似等于繩子拉力，用以表示小車受到等于繩子拉力，用以表示小車受到的合外力的合外力FGG1FNfG1平衡摩擦力平衡摩擦力f。實驗步驟實驗步驟:1.用天平測出小車的質(zhì)量。用天平測出小車的質(zhì)量。2.安裝好

4、實驗裝置，在小車上裝好紙帶，紙帶另一端穿安裝好實驗裝置，在小車上裝好紙帶，紙帶另一端穿過計時器限位孔，調(diào)整木板傾斜程度，平衡摩擦力。過計時器限位孔，調(diào)整木板傾斜程度，平衡摩擦力。3.控制小車質(zhì)量不變，用細線將鉤碼與小車相連（鉤碼控制小車質(zhì)量不變，用細線將鉤碼與小車相連（鉤碼質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量），打開打點計時器，釋放小車，質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量），打開打點計時器，釋放小車，測出一組數(shù)據(jù)。測出一組數(shù)據(jù)。4.改變鉤碼質(zhì)量，多測幾組數(shù)據(jù)。改變鉤碼質(zhì)量，多測幾組數(shù)據(jù)。5.控制鉤碼質(zhì)量不變，改變小車質(zhì)量，再測幾組數(shù)據(jù)。控制鉤碼質(zhì)量不變，改變小車質(zhì)量，再測幾組數(shù)據(jù)。演示實驗：演示實驗：探究加速度探究加速度a與力

5、與力F的關系的關系Excel數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)采集與處理數(shù)據(jù)采集與處理鏈接演示實驗：演示實驗：探究加速度探究加速度a與質(zhì)量與質(zhì)量m的關系的關系Excel數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)采集與處理數(shù)據(jù)采集與處理實驗結論：實驗結論：m一定時，aFF一定時，a1/m實驗設計二：實驗設計二： 設計對比實驗設計對比實驗設計方案設計方案保持小車質(zhì)量不變不變保持力光電門光電門數(shù)字計時器數(shù)字計時器拓展探究拓展探究光電門光電門1 1光電門光電門2 2擋光板擋光板xX/t參考方案三參考方案三:利用氣墊導軌來探究利用氣墊導軌來探究2222021()()22xxvvttaxxttxtxtvva120知識精析知識精析一、控制變量法一、控制變量法

6、1加速度是表示物體運動狀態(tài)變化快慢的物理量根加速度是表示物體運動狀態(tài)變化快慢的物理量根據(jù)事實經(jīng)驗，加速度與物體的質(zhì)量有關物體受力一定時，據(jù)事實經(jīng)驗，加速度與物體的質(zhì)量有關物體受力一定時，質(zhì)量越小，加速度就越大加速度還與物體受力的大小有關，質(zhì)量越小，加速度就越大加速度還與物體受力的大小有關，物體質(zhì)量一定時，受力越大，其加速度越大物體質(zhì)量一定時，受力越大，其加速度越大2控制變量法：加速度控制變量法：加速度a和質(zhì)量和質(zhì)量m、受力、受力F都有關系研都有關系研究它們之間的關系時，先保持質(zhì)量不變，測量物體在不同的究它們之間的關系時，先保持質(zhì)量不變，測量物體在不同的力的作用下的加速度，分析加速度與力的關系，

7、再保持物體力的作用下的加速度，分析加速度與力的關系，再保持物體所受的力相同，測量不同質(zhì)量的物體在該力作用下的加速度，所受的力相同，測量不同質(zhì)量的物體在該力作用下的加速度，分析加速度與質(zhì)量的關系這種先控制一個參量不變，研究分析加速度與質(zhì)量的關系這種先控制一個參量不變，研究其余參量之間變化關系的方法叫控制變量法其余參量之間變化關系的方法叫控制變量法三、平衡摩擦力的目的和方法三、平衡摩擦力的目的和方法1目的：目的：實驗中小車要受到摩擦阻力的作用，增加了實驗中小車要受到摩擦阻力的作用，增加了實驗的難度墊高水平木板不帶滑輪的一端，使小車自身重實驗的難度墊高水平木板不帶滑輪的一端，使小車自身重力沿斜面的分

8、力平衡摩擦力，這樣小車所受拉力即為合力，力沿斜面的分力平衡摩擦力，這樣小車所受拉力即為合力，提高了實驗成功率提高了實驗成功率2方法：方法：不掛托盤，使小車拖著紙帶，紙帶通過打點不掛托盤，使小車拖著紙帶，紙帶通過打點計時器，并且使打點計時器處于工作狀態(tài)，逐漸調(diào)節(jié)木板的計時器，并且使打點計時器處于工作狀態(tài)，逐漸調(diào)節(jié)木板的傾角，使打下的紙帶點間距相等，則說明小車做勻速直線運傾角，使打下的紙帶點間距相等，則說明小車做勻速直線運動，即平衡了摩擦力動，即平衡了摩擦力四、實驗注意事項四、實驗注意事項1平衡摩擦力時不要掛重物，整個實驗平衡了摩擦力平衡摩擦力時不要掛重物，整個實驗平衡了摩擦力后，不管以后是改變盤

9、和砝碼的質(zhì)量還是改變小車及砝碼的后，不管以后是改變盤和砝碼的質(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質(zhì)量，都不需要重新平衡摩擦力2實驗中必須滿足小車和砝碼的質(zhì)量遠大于小盤和砝實驗中必須滿足小車和砝碼的質(zhì)量遠大于小盤和砝碼的總質(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到的拉力相等車受到的拉力相等3各紙帶上的加速度各紙帶上的加速度a，都應是該紙帶上的平均加速，都應是該紙帶上的平均加速度度4作圖象時，要使盡可能多的點在所作直線上，不在作圖象時，要使盡可能多的點在所作直線上，不在直線上的點應盡可能對稱分布在所作直線兩側離直線較遠直線上

10、的點應盡可能對稱分布在所作直線兩側離直線較遠的點是錯誤數(shù)據(jù)，可舍去不予考慮的點是錯誤數(shù)據(jù)，可舍去不予考慮5小車應靠近打點計時器且先接通電源再放手小車應靠近打點計時器且先接通電源再放手五、誤差分析五、誤差分析1質(zhì)量的測量誤差、紙帶上打點計時器打點間隔距離質(zhì)量的測量誤差、紙帶上打點計時器打點間隔距離的測量誤差，拉線或紙帶不與木板平行等都會造成誤差的測量誤差，拉線或紙帶不與木板平行等都會造成誤差2因?qū)嶒炘聿煌晟圃斐烧`差：本實驗中用小盤及砝因?qū)嶒炘聿煌晟圃斐烧`差：本實驗中用小盤及砝碼的總重力代替小車受到的拉力碼的總重力代替小車受到的拉力(實際上小車受到的拉力要小實際上小車受到的拉力要小于小盤及砝碼

11、的總重力于小盤及砝碼的總重力)，存在系統(tǒng)誤差小盤及砝碼的總質(zhì)，存在系統(tǒng)誤差小盤及砝碼的總質(zhì)量越接近小車的質(zhì)量，誤差就越大；反之，小盤及砝碼的總量越接近小車的質(zhì)量，誤差就越大；反之，小盤及砝碼的總質(zhì)量越小于小車的質(zhì)量，誤差就越小質(zhì)量越小于小車的質(zhì)量，誤差就越小3平衡摩擦力不準造成誤差：在平衡摩擦力時，除了平衡摩擦力不準造成誤差：在平衡摩擦力時，除了不掛小盤外，其他的都跟正式實驗一樣不掛小盤外，其他的都跟正式實驗一樣(比如要掛好紙帶、接比如要掛好紙帶、接通打點計時器通打點計時器)，勻速運動的標志是打點計時器打出的紙帶上，勻速運動的標志是打點計時器打出的紙帶上點的距離相等點的距離相等鏈接方法指導方法

12、指導一、探究加速度與質(zhì)量的關系一、探究加速度與質(zhì)量的關系例例1 1某同學在實驗中保持拉力不變，得到了小車加速某同學在實驗中保持拉力不變，得到了小車加速度隨質(zhì)量變化的一組數(shù)據(jù)，如下表所示度隨質(zhì)量變化的一組數(shù)據(jù)，如下表所示請你在圖請你在圖212甲方格紙中建立合適坐標系并畫甲方格紙中建立合適坐標系并畫出能直觀反映出加速度與質(zhì)量關系的圖線出能直觀反映出加速度與質(zhì)量關系的圖線 解析解析先確定坐標的含意，再按表格數(shù)據(jù)描點，先確定坐標的含意，再按表格數(shù)據(jù)描點，最后把各點連成直線最后把各點連成直線二、探究加速度與力的關系二、探究加速度與力的關系在在“探究加速度與力、質(zhì)量的關系探究加速度與力、質(zhì)量的關系”的實驗

13、中，若測得某一物的實驗中，若測得某一物體體M一定時，一定時，a與與F的關系的有關數(shù)據(jù)資料如下表的關系的有關數(shù)據(jù)資料如下表. (1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)，畫出根據(jù)表中數(shù)據(jù)，畫出aF圖象圖象 (2)從圖象可以判定：當從圖象可以判定：當M一定時，一定時，a與與F的關系為的關系為_若若a與與F成正比，圖象應是一條過原點的直線同時因?qū)嶒炛胁怀烧?，圖象應是一條過原點的直線同時因?qū)嶒炛胁豢杀苊獾爻霈F(xiàn)誤差，描出的點不在一條直線上是很正常的，連線時可避免地出現(xiàn)誤差，描出的點不在一條直線上是很正常的，連線時應使直線過盡量多的點，不在直線上的點應大致對稱分布在直線兩應使直線過盡量多的點，不在直線上的點應大致對稱分布在直線

14、兩側，離直線較遠的點應視為錯誤數(shù)據(jù)，不予考慮側，離直線較遠的點應視為錯誤數(shù)據(jù)，不予考慮(2)由圖象可知由圖象可知a與與F成正比關系成正比關系答案答案(1)如圖所示如圖所示(2)正比關系正比關系因為因為a與與F成成正比，所以盡量把圖線畫成通過原點，直線的斜率表正比，所以盡量把圖線畫成通過原點，直線的斜率表示物體質(zhì)量的倒數(shù)示物體質(zhì)量的倒數(shù)變式訓練變式訓練1某同學在做某同學在做“探究加速度與力、質(zhì)量的關系探究加速度與力、質(zhì)量的關系”的實驗時，畫出了如圖的實驗時，畫出了如圖213甲所示的三條圖甲所示的三條圖線，這三條圖線表示實驗中的線，這三條圖線表示實驗中的_不同不同 條平行于條平行于a軸的直線，與三

15、條圖線有三個軸的直線，與三條圖線有三個交點，可以看出交點，可以看出解析解析如圖如圖213乙所示，乙所示，過過F軸上的某一點作一三個交點對應的縱坐軸上的某一點作一三個交點對應的縱坐標標a的值不同，的值不同，a的值越小，運動狀態(tài)越難的值越小，運動狀態(tài)越難改變，慣性越大，質(zhì)量也就越大，可見三改變，慣性越大，質(zhì)量也就越大，可見三條圖線對應實驗中物體的質(zhì)量不同，且斜條圖線對應實驗中物體的質(zhì)量不同，且斜率越小的，質(zhì)量越大率越小的，質(zhì)量越大答案答案小車的質(zhì)量小車的質(zhì)量三、實驗誤差分析三、實驗誤差分析例例3 3用圖用圖214甲所示的裝置研究質(zhì)量一定時加速度與作用力的關系研究甲所示的裝置研究質(zhì)量一定時加速度與作

16、用力的關系研究的對象是放在長木板上的小車，小車的質(zhì)量為的對象是放在長木板上的小車，小車的質(zhì)量為M，長木板是水平放置的小車前，長木板是水平放置的小車前端拴著細輕繩，跨過定滑輪，下面吊著沙桶實驗中認為細繩對小車的作用力端拴著細輕繩，跨過定滑輪，下面吊著沙桶實驗中認為細繩對小車的作用力F等于沙和桶的總重力等于沙和桶的總重力mg.用改變沙的質(zhì)量的辦法來改變小車的作用力用改變沙的質(zhì)量的辦法來改變小車的作用力F，用打點計，用打點計時器測出小車的加速度時器測出小車的加速度a，得出若干組，得出若干組F和和a的數(shù)據(jù)然后根據(jù)測得的數(shù)據(jù)作出的數(shù)據(jù)然后根據(jù)測得的數(shù)據(jù)作出aF 圖線圖線一學生作出圖一學生作出圖21-4乙

17、所示的圖線，發(fā)現(xiàn)橫軸上的截乙所示的圖線，發(fā)現(xiàn)橫軸上的截距距OA較大，明顯地超出了偶然誤差的范圍，這是由較大，明顯地超出了偶然誤差的范圍，這是由于在實驗中沒有進行下面的步驟，即于在實驗中沒有進行下面的步驟，即.解析解析細繩對小車的拉力細繩對小車的拉力F達到一定的數(shù)值前，達到一定的數(shù)值前，小車仍靜止，表示木板的摩擦力不能忽略，同時也小車仍靜止，表示木板的摩擦力不能忽略，同時也表明該同學做實驗時，沒有給實驗裝置平衡摩擦表明該同學做實驗時，沒有給實驗裝置平衡摩擦力力答案答案給實驗裝置平衡摩擦力給實驗裝置平衡摩擦力變式訓練變式訓練2如果此學生根據(jù)測得的數(shù)據(jù)作出的如果此學生根據(jù)測得的數(shù)據(jù)作出的aF圖線如圖

18、線如圖圖215所示，則：所示，則： (1)實驗中出現(xiàn)誤差的原因是什實驗中出現(xiàn)誤差的原因是什么？么？ 答：答：_(2)應該怎樣處理這種情況？應該怎樣處理這種情況？ 答答_解析解析當力當力F為零時，加速度不為零，就說明當力為零時，小為零時，加速度不為零，就說明當力為零時，小車仍在長木板上向下加速，其原因就是平衡摩擦力時長木板傾角過車仍在長木板上向下加速，其原因就是平衡摩擦力時長木板傾角過大，使得小車的重力沿斜面向下的分力大于小車所受滑動摩擦力，大，使得小車的重力沿斜面向下的分力大于小車所受滑動摩擦力，所以應重新調(diào)整木板，平衡摩擦力所以應重新調(diào)整木板，平衡摩擦力答案答案(1)平衡摩擦力時，平衡摩擦力

19、時，長木板的傾角過大長木板的傾角過大(2)減小長木板的傾角，重新平衡摩擦力減小長木板的傾角，重新平衡摩擦力四、實驗注意事項四、實驗注意事項例例4 4在在“探究加速度與力、質(zhì)量的關系探究加速度與力、質(zhì)量的關系”的實驗中，當作用力一定時的實驗中，當作用力一定時(懸掛懸掛的重物或沙桶重力不變的重物或沙桶重力不變)，探索加速度與質(zhì)量的關系時，下列說法正確的是，探索加速度與質(zhì)量的關系時，下列說法正確的是()A平衡摩擦力時，應將裝沙的小桶用細繩通過定滑輪系在小車上平衡摩擦力時，應將裝沙的小桶用細繩通過定滑輪系在小車上B每次改變小車質(zhì)量時，不需要重新平衡摩擦力每次改變小車質(zhì)量時，不需要重新平衡摩擦力C實驗時

20、，先放開小車，再接通打點計時器的電源實驗時，先放開小車，再接通打點計時器的電源D小車運動的加速度可用天平測出小車的質(zhì)量小車運動的加速度可用天平測出小車的質(zhì)量M和沙及沙桶的質(zhì)量和沙及沙桶的質(zhì)量m，直，直接用公式接用公式 求出求出解析解析在平衡摩擦力時，不應將裝沙的小桶通過定滑輪連在小車上，而是在在平衡摩擦力時，不應將裝沙的小桶通過定滑輪連在小車上，而是在木板后端墊上適應厚度的薄片，再觀察小車能在木板上帶著紙帶勻速下滑即可，木板后端墊上適應厚度的薄片，再觀察小車能在木板上帶著紙帶勻速下滑即可，故選項故選項A錯誤，錯誤，B正確；操作時應先接通打點計時器的電源再放開小車，故選項正確；操作時應先接通打點

21、計時器的電源再放開小車，故選項C錯誤；牛頓第二定律是本實驗要達到的目標，不能把它作為理論根據(jù)來計算加速錯誤；牛頓第二定律是本實驗要達到的目標，不能把它作為理論根據(jù)來計算加速度，其加速度只能從紙帶提供的數(shù)據(jù)計算得出，故選項度，其加速度只能從紙帶提供的數(shù)據(jù)計算得出，故選項D錯誤錯誤答案答案B課堂小結課堂小結 本節(jié)課以實驗為依據(jù)，采用控制變本節(jié)課以實驗為依據(jù)，采用控制變量法進行研究，根據(jù)已掌握的物理知量法進行研究，根據(jù)已掌握的物理知識設計實驗方案，探索物理規(guī)律是物識設計實驗方案，探索物理規(guī)律是物理學研究的重要方法。理學研究的重要方法。1關于關于“探究加速度與力、質(zhì)量的關系探究加速度與力、質(zhì)量的關系”

22、的實驗，下的實驗，下列說法中符合實際的是列說法中符合實際的是 ()A通過同時改變小車的質(zhì)量通過同時改變小車的質(zhì)量m及受到的拉力及受到的拉力F的研究，的研究，能歸納出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關系能歸納出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關系B通過保持小車質(zhì)量不變，只改變小車的拉力的研究，通過保持小車質(zhì)量不變，只改變小車的拉力的研究，就可以歸納出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關系就可以歸納出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關系C通過保持小車受力不變，只改變小車質(zhì)量的研究，通過保持小車受力不變，只改變小車質(zhì)量的研究，就可以得出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關系就可以得出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關系D先不改變小車質(zhì)量，研究加速度與力的關系；再不先不改變小車質(zhì)量，研究加速度與力的關系；再不改變受力，研究加速度與質(zhì)量的關系，最后歸納出加改變受力，研究加速度與質(zhì)量的關系，最后歸納出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關系速度、力、質(zhì)量三者之間的關系課堂練習課堂練習2 2、在做、在做“探究加速度與力、質(zhì)量的關系探究加速度與力、