高一物理實(shí)驗(yàn)探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系課件

第2節(jié)

實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系高中物理必修第一冊(cè)課件新課引入01.高中物理必修第一冊(cè)課件物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變速度發(fā)生了改變產(chǎn)生了加速度與力和質(zhì)量有關(guān)說(shuō)明加速度與力、質(zhì)量之間必然存在一定的關(guān)系。那么，我們?cè)撊绾翁骄考铀俣扰c力、質(zhì)量之間定量關(guān)系呢？實(shí)驗(yàn)思路第一部分問(wèn)題與思考01.高中物理必修第一冊(cè)課件從實(shí)驗(yàn)的角度，同時(shí)研究某個(gè)物理量與另外兩個(gè)或多個(gè)物理量的定量關(guān)系是非常困難的。面對(duì)這樣的問(wèn)題，我們通常采用控制變量的方法進(jìn)行研究。你知道什么是控制變量法嗎？控制變量法02.高中物理必修第一冊(cè)課件

控制變量法是指在研究和解決問(wèn)題的過(guò)程中，對(duì)影響事物變化規(guī)律的獨(dú)立因素加以人為控制，使其中只有一個(gè)因素按照特定的要求發(fā)生變化，而其他因素保持不變，以利于尋找事物發(fā)展變化的規(guī)律的方法。例如，在研究某個(gè)物理量y與另外兩個(gè)變量x1、x2的關(guān)系時(shí)，先固定一個(gè)變量x2不變，研究y與另一個(gè)變量x，之間的定量關(guān)系；然后再固定變量x1不變，研究y與x2之間的關(guān)系。該如何設(shè)計(jì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)?？?shí)驗(yàn)裝置03.高中物理必修第一冊(cè)課件可以用圖示裝置完成這個(gè)探究實(shí)驗(yàn)。將小車置于水平木板上，通過(guò)滑輪與槽碼相連。小車可以在槽碼的牽引下運(yùn)動(dòng)。具體該如何操作呢？實(shí)驗(yàn)思路04.高中物理必修第一冊(cè)課件1.探究加速度與力的關(guān)系：保持小車質(zhì)量不變，通過(guò)改變槽碼的個(gè)數(shù)改變小車所受的拉力，測(cè)得不同拉力下小車運(yùn)動(dòng)的加速度，分析加速度與拉力的定量關(guān)系.2.探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系：保持小車所受的拉力不變，通過(guò)在小車上增加重物改變小車的質(zhì)量，測(cè)得不同質(zhì)量對(duì)應(yīng)的加速度，分析加速度與質(zhì)量的定量關(guān)系.既然是定量關(guān)系，我們就必須要知道每個(gè)物理量的數(shù)值，測(cè)量是必不可少的！物理量的測(cè)量第二部分質(zhì)量的測(cè)量01.高中物理必修第一冊(cè)課件測(cè)量工具：天平可通過(guò)增減在小車上的砝碼的數(shù)量來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)小車質(zhì)量的改變。注意砝碼與槽碼的區(qū)別加速度的測(cè)量02.高中物理必修第一冊(cè)課件方法2：將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器連在小車上，根據(jù)紙帶上打出的點(diǎn)可測(cè)量加速度；方法1：如果物體做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，則可利用刻度尺測(cè)量位移和秒表測(cè)量時(shí)間，然后由公式a=(2x)/t2算出;方法3：利用比值法。由于a=(2x)/t2，測(cè)出兩個(gè)初速度為零的勻加速運(yùn)動(dòng)在相同時(shí)間內(nèi)發(fā)生的位移x1、x2，位移之比就是加速度之比力的測(cè)量03.高中物理必修第一冊(cè)課件TT1.如何給小車施加一個(gè)可以測(cè)量的恒力T呢？直接用彈簧測(cè)力計(jì)拉小車，可以嗎？還是借助定滑輪和鉤碼來(lái)拉？

m0g2.細(xì)線給小車提供的拉力是小車受到合力嗎？不計(jì)摩擦，小車：F合=T≈m0g計(jì)摩擦，小車：F合=T-f≠T如何才能消除摩擦力的影響呢？平衡摩擦力04.高中物理必修第一冊(cè)課件平衡摩擦力：把軌道的一端墊高，使重力的分力Gsinθ與摩擦力Ff平衡。操作：先不加細(xì)線，調(diào)整軌道，使小車剛好能勻速下滑（紙帶上打出間隔均勻的點(diǎn)）。當(dāng)再加上細(xì)線時(shí)，細(xì)線的拉力就等于小車受到的合力。GcosθGsinθGθθFNFf一次補(bǔ)償，多次測(cè)量高中物理必修第一冊(cè)課件實(shí)驗(yàn)視頻05.進(jìn)行實(shí)驗(yàn)第三部分實(shí)驗(yàn)器材與設(shè)計(jì)01高中物理必修第一冊(cè)課件器材：小車、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、一端帶滑輪的長(zhǎng)木板、細(xì)線、砝碼、槽碼、刻度尺、天平為器材，研究小車運(yùn)動(dòng)。傾斜木板補(bǔ)償摩擦力設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程02.高中物理必修第一冊(cè)課件1.用天平測(cè)出小車的質(zhì)量。2.安裝好實(shí)驗(yàn)裝置，平衡摩擦力。3.把細(xì)線系在小車上并繞過(guò)滑輪懸掛槽碼，將車?yán)酱螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器附近。4.先打開(kāi)計(jì)時(shí)器電源，再釋放小車，得到紙帶，并記下槽碼重量。5.改變槽碼的重量，重復(fù)以上的步驟幾次。6.控制槽碼質(zhì)量不變，改變小車質(zhì)量，再測(cè)幾組數(shù)據(jù)。7.設(shè)計(jì)表格，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。高中物理必修第一冊(cè)課件次數(shù)F/Na/m·s-2123450.100.1460.200.3020.300.4280.400.5920.500.751F/

Na/m·s-20.150.300.450.600.7500.10.30.5小車質(zhì)量一定探究加速度與力的關(guān)系03.結(jié)論：說(shuō)明a與F成正比高中物理必修第一冊(cè)課件m/kga/m·s-20.20.40.60.81.000.20.40.60.81.01.2次數(shù)m/kga/m·s-212345/kg-12.502.001.331.000.83m10.4000.8610.500

0.6920.7500.4701.0000.3521.2000.290

我們很難直觀看出圖線是否為雙曲線，如果a-m圖像是雙曲線，則a

與m成反比，也就是a與成正比。小車所受拉力一定探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系04.高中物理必修第一冊(cè)課件實(shí)驗(yàn)視頻05.高中物理必修第一冊(cè)課件注意事項(xiàng)06.平衡摩擦力時(shí)不要掛槽碼，一次實(shí)驗(yàn)只需要平衡一次摩擦力。實(shí)驗(yàn)中必須滿足小車和小車上所加砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)大于槽碼的總質(zhì)量。每次開(kāi)始時(shí)，小車應(yīng)盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(或盡量遠(yuǎn)離帶滑輪的一端)，且在小車到達(dá)滑輪前應(yīng)按住小車。作圖線時(shí)，要使盡可能多的點(diǎn)落在所作直線上，不在直線上的點(diǎn)應(yīng)盡可能對(duì)稱分布在所作直線兩側(cè)，離直線較遠(yuǎn)的點(diǎn)應(yīng)舍去。還有其他實(shí)驗(yàn)方案嗎？高中物理必修第一冊(cè)課件例題1典例分析圖甲所示為“探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置。（1）在實(shí)驗(yàn)中，下列操作正確的是

A．打點(diǎn)前，小車應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，要先接通電源,待計(jì)時(shí)器打點(diǎn)穩(wěn)定后再釋放小車B．要舍去紙帶上的密集點(diǎn)，然后選取計(jì)數(shù)點(diǎn)C．在探究加速度與質(zhì)量之間的關(guān)系時(shí)，直接根據(jù)a-m圖像即可判斷加速度與質(zhì)量是否成反比D．實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)使小車的加速度盡量大些【參考答案：AB】07.高中物理必修第一冊(cè)課件例題1典例分析(2)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,打出了一條紙帶如圖乙所示，計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的時(shí)間間隔為0.02s,選取A、

B、C、D四個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),每?jī)蓚€(gè)相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間有四個(gè)點(diǎn)沒(méi)有畫出.從圖乙中讀出A,B兩點(diǎn)間距s=

cm;C點(diǎn)對(duì)應(yīng)的速度是

m/s,該小車的加速度大小a＝

m/s2(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）。（3）根據(jù)實(shí)驗(yàn)收集的數(shù)據(jù)作出的a－F圖線如圖丙所示，請(qǐng)結(jié)合圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置，寫出一條對(duì)提高本實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確程度有益的建議

。0.700.100.20實(shí)驗(yàn)前應(yīng)先平衡摩擦力07.實(shí)驗(yàn)方案二第四部分高中物理必修第一冊(cè)課件器材：小車、一端帶滑輪的長(zhǎng)木板、細(xì)線、砝碼、鉤碼、天平、刻度尺、黑板擦或?qū)捒趭A子等

傾斜木板補(bǔ)償摩擦力實(shí)驗(yàn)器材與設(shè)計(jì)01高中物理必修第一冊(cè)課件探究加速度與力的關(guān)系02.

小車質(zhì)量一定：M=

g,小車上砝碼質(zhì)量m=

g,小盤質(zhì)量M′=

g次數(shù)小車1小車212345位移x1/cm位移x2/cm(M′+m′2)g(F2大小)砝碼質(zhì)量m′2(g)3005020304060砝碼質(zhì)量m′1(g)(M′+m′1)g(F1大小)7010

0高中物理必修第一冊(cè)課件F2/F1x2/x10次數(shù)1234x2x1F2F1Fa探究加速度與力的關(guān)系02.高中物理必修第一冊(cè)課件小車質(zhì)量M=

g,小盤質(zhì)量M′=

g,盤中砝碼質(zhì)量m′=

g次數(shù)小車1小車212345(M+m1)-M1(M+m2)-M2300

6

50車上砝碼質(zhì)量m1(g)位移x1/cm10050150200250車上砝碼質(zhì)量m2(g)位移x2/cm300探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系03.高中物理必修第一冊(cè)課件x2/x10次數(shù)1234x2x1M1/M2M1M2am1探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系04.實(shí)驗(yàn)結(jié)論05.高中物理必修第一冊(cè)課件（注意：這里的力指的是物體所受的合外力）1.m一定，加速度a與F的定量關(guān)系：2.F一定，加速度a與m的定量關(guān)系:加速度與力、質(zhì)量之間的關(guān)系：還有沒(méi)有其他設(shè)計(jì)方案呢？創(chuàng)新方案第五部分創(chuàng)新方案一01.高中物理必修第一冊(cè)課件1.利用氣墊導(dǎo)軌探究不需要平衡摩擦力創(chuàng)新方案二02.高中物理必修第一冊(cè)課件2.利用彈簧測(cè)力計(jì)(水平懸掛)探究彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)的兩倍就等于小車所受到的拉力創(chuàng)新方案三03.高中物理必修第一冊(cè)課件3.利用彈簧測(cè)力計(jì)(豎直懸掛)探究彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)就是小車所受到的拉力創(chuàng)新方案四04.高中物理必修第一冊(cè)課件4.利用力傳感器探究力傳感器示數(shù)的兩倍就等于小車所受到的拉力高中物理必修第一冊(cè)課件例題2典例分析圖甲為“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”裝置示意圖,連接在小車后面的紙帶穿過(guò)電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,小車和掛在豎直面內(nèi)的拉力傳感器用一條柔軟輕繩通過(guò)光滑的定滑輪和動(dòng)滑輪連接起來(lái),拉力傳感器是一種將物理信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y(cè)量的電信號(hào)輸出的裝置,用于測(cè)小車受到拉力的大小。（1）在安裝器材時(shí)，要調(diào)整定滑輪的高度，使連接小車的細(xì)繩與木板平行。這樣做的目的是

（填字母代號(hào)）。A.在補(bǔ)償阻力時(shí)，應(yīng)將拉力傳感器、鉤碼通過(guò)滑輪用細(xì)繩拴在小車上B.連接拉力傳感器和小車的細(xì)繩應(yīng)與長(zhǎng)木板平行C.補(bǔ)償阻力后,長(zhǎng)木板位置不能移動(dòng),每次改變小車質(zhì)量時(shí),應(yīng)重新補(bǔ)償阻力D.小車釋放前應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，但應(yīng)先釋放小車，再接通電源【參考答案：B】05.高中物理必修第一冊(cè)課件例題2典例分析（2）實(shí)驗(yàn)中

（填“需要”或“不需要”）滿足所掛鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量。（3）某實(shí)驗(yàn)小組在小車加速下滑過(guò)程中得到如圖乙所示一條紙帶的一部分,用毫米刻度尺測(cè)量并在紙帶上標(biāo)出了各段的長(zhǎng)度，相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離如圖乙所示，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的低壓交流電源的頻率為50Hz，相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)未標(biāo)出，在A、B、C、D、E五個(gè)點(diǎn)中，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器最先打出的是

點(diǎn)。在打出C點(diǎn)時(shí)小車的速度大小為

m/s；小車的加速度大小為

m/s2。（計(jì)結(jié)算果保3位有效字）不需要A1.181.4905.重難點(diǎn)突破第六部分實(shí)驗(yàn)原理不完善引起的誤差01.高中物理必修第一冊(cè)課件設(shè)小車和重物的質(zhì)量分別為M、m,細(xì)繩上的拉力大小為F，小車和重物的加速度大小均為a,對(duì)小車有F=Ma(下節(jié)結(jié)論)，對(duì)重物有mg-F=ma,由此可得

,只有在m<<M

時(shí),才有F≈mg.但在處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí),我們認(rèn)為作用在小車上的合力大小F=mg,這就使得小車獲得的加速度a的理論值大于真實(shí)值,其差值,,則m越大時(shí),其差值也越大,因此這種設(shè)計(jì)方案會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)誤差，當(dāng)不能滿足M>>m時(shí),圖線會(huì)彎曲,a-F圖像如圖所示。平衡摩擦力不準(zhǔn)造成的誤差02.高中物理必修第一冊(cè)課件實(shí)驗(yàn)中需要平衡摩擦力，若未平衡摩擦力或平衡摩擦力不當(dāng)就會(huì)造成誤差。(1)如出現(xiàn)圖中中①直線.說(shuō)明平衡摩擦力過(guò)度.即拉力F=0時(shí),已經(jīng)產(chǎn)生了加速度.若出況圖中②直線，說(shuō)明未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足,因?yàn)槔Υ笥贔0時(shí)才產(chǎn)生加速度。高中物理必修第一冊(cè)課件(2)岀現(xiàn)圖乙中直線的原因分析如下(m表示小車的質(zhì)量):平衡摩擦力后，小車在木板上的受力應(yīng)有F+mgsinθ-μmgcosθ=ma,其中F為細(xì)繩的拉力。θ為木板與水平面間的夾角。若未平衡摩擦力，則θ=0，上式可寫為F-μmg=ma,可得a=

,

F一定,只有m小到一定程度，即

大到一定程度，才有a＞0,產(chǎn)生加速度，說(shuō)明圖線②為未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足造成的。若平衡摩擦力過(guò)度，小車在木板上的受力應(yīng)有F+mgsinθ-μmgcosθ=ma，可得a=。F一定，當(dāng)

時(shí)，可將上式整理得a=g(sinθ-μcosθ)，說(shuō)明圖線①為平衡摩擦力過(guò)度造成的。平衡摩擦力不準(zhǔn)造成的誤差02.高中物理必修第一冊(cè)課件例題3典例分析某實(shí)驗(yàn)小組利用如圖所示的裝置探究加速度與力,質(zhì)量的關(guān)系。（1）為使砝碼桶及桶內(nèi)砝碼的總重力在數(shù)值上近似等于木塊運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的拉力，應(yīng)滿足的條件是砝碼桶及桶內(nèi)砝碼的總質(zhì)量________（選填“遠(yuǎn)大于”“遠(yuǎn)小于”或“近似等于”）木塊和木塊上砝碼的總質(zhì)量?！緟⒖即鸢福哼h(yuǎn)小于】03.高中物理必修第一冊(cè)課件例題3典例分析（2）甲、乙兩同學(xué)在同一實(shí)驗(yàn)室，各取一套裝置放在水平桌面上，木塊上均不放砝碼，在沒(méi)有平衡摩擦力的情況下，研究加速度a與拉力F的關(guān)系，分別得到圖中甲、乙兩條直線。設(shè)甲、乙用的木塊質(zhì)量分別為m甲、m乙，甲、乙用的木塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)分別為μ甲、μ乙，由圖可知，m甲

m乙，μ甲

μ乙。（均選填“＞”“＜”或“=”）【參考答案：“＜”“＞”】03.高中物理必修第一冊(cè)課件例題4在“探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系”活動(dòng)中：某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖a的實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖，A為小車，B為電火花計(jì)時(shí)器，C為砂桶，D為一端帶有定滑輪的長(zhǎng)方形木板，實(shí)驗(yàn)中認(rèn)為細(xì)繩對(duì)小車?yán)等于砂桶和砂的總重量。典例分析04.高中物理必修第一冊(cè)課件例題4（1）圖b是實(shí)驗(yàn)中獲取的一條紙帶的一部分：0、1、2、3、4、5、6、7是計(jì)數(shù)點(diǎn)，每相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)打點(diǎn)（圖