高一物理探究加速度與力以及質(zhì)量的關(guān)系.ppt

1、第四章牛頓運(yùn)動(dòng)定律,學(xué)案2 實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系,探究性實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)是探究各個(gè)未知量之間的關(guān)系，比如我們在初中時(shí)探究的電流與電阻、電壓的關(guān)系。由于在研究過程中所涉及的物理量比較多，而這些量又都有可能變化，如果不加限制研究起來非常困難，在這節(jié)課中我們也是探究三個(gè)量加速度、力、質(zhì)量之間的關(guān)系，遇到這樣的問題，往往采取控制變量的方法來實(shí)現(xiàn)，學(xué)習(xí)過程中要注意領(lǐng)悟這種方法的優(yōu)點(diǎn)，并體會物理學(xué)是怎樣把復(fù)雜問題簡單化的。另外在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)處理問題上存在哪些問題，如何改變這些問題使實(shí)驗(yàn)更加成功也是我們關(guān)心的另外的一個(gè)重要的問題。 我們在數(shù)學(xué)中知道，一個(gè)量隨另一個(gè)增大而增大，或隨另一個(gè)增大

2、而減小的函數(shù)關(guān)系有很多種，那么，物體的加速度與質(zhì)量、力之間究竟是一種什么關(guān)系呢？,學(xué)點(diǎn)1 加速度與力的關(guān)系,（2）探究加速度與力的關(guān)系 實(shí)驗(yàn)思路：保持物體的質(zhì)量m一定，測量物體在不同力作用下的加速度a，分析a與F的關(guān)系。 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析：設(shè)計(jì)如下的表格，記錄數(shù)據(jù)。 在圖4-2-1所示坐標(biāo)上，作出a-F圖象。 分析圖像， 若圖象是過原點(diǎn)的直線，則aF 由此得出，在質(zhì)量一定的情況下，加速度跟力成正比。,圖4-2-1,(1)控制變量法 在研究物體的加速度與它受的力、它的質(zhì)量間的關(guān)系時(shí)，因?yàn)樯婕暗饺齻€(gè)物理量，為了研究問題的方便，可采取分別使一個(gè)量不變，而研究另外兩個(gè)量之間關(guān)系的方法，這種方法叫做控制變

3、量法。,學(xué)點(diǎn)2 加速度與質(zhì)量的關(guān)系,（1）保持物體所受的力一定，測量不同質(zhì)量m的物體在力作用下的加速度a，分析a與m的關(guān)系。,（2）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析：設(shè)計(jì)如下的表格，記錄數(shù)據(jù)。 猜想：相同，m越大，a越小，是否是“a與m”成反比或“a與m”成反比？ 從簡單入手，若a與m成反比，則a與1/m成正比。所以，建立a-1/m坐標(biāo)系，作a-1/m圖象，如圖4-2-2所示。 分析：若圖象是過原點(diǎn)的直線，則a與m成反比。 由圖得，a與1/m成正比，與m成反比。 注意：作圖象時(shí)，應(yīng)使盡可能多的點(diǎn)在直線上， 不在直線上的點(diǎn)均勻分布于直線兩側(cè)，偏離太大的 點(diǎn)應(yīng)舍棄掉。,圖4-2-2,【例1】在做“探究加速度與力、質(zhì)

4、量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，計(jì)算出各紙帶 的加速度后，將測得的反映加速度a和力的有關(guān)數(shù)據(jù)記錄在表 中，將測得的反映加速度a和質(zhì)量m的數(shù)據(jù)列在表中。,1,學(xué)點(diǎn)3 制定實(shí)驗(yàn)方案時(shí)的兩個(gè)問題,本實(shí)驗(yàn)有三個(gè)需測量的物理量：a、F、m。質(zhì)量可用天平測量,a與F如何測量？,怎樣提供和測量物體所受的恒力 下面是一種方法： 如圖4-2-5所示，取兩個(gè)質(zhì)量相同的小車放在光滑水平面上，小車的前端各系上細(xì)繩，繩的另一端跨過定滑輪各掛一個(gè)小盤，盤中放有數(shù)目不等的砝碼，使兩個(gè)小車自靜止開始在不同拉力作用下勻加速運(yùn)動(dòng)，小車所受拉力的大小可以認(rèn)為等于砝碼和盤所受重力的大?。ūＷC小車質(zhì)量比砝碼和盤質(zhì)量大得多），小車后端系上細(xì)繩，用一

5、只夾子夾住，以同時(shí)控制兩小車，使兩車同時(shí)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)停止，分別測出兩小車的位移x和受力的大小，據(jù)x=at2/2知道，在時(shí)間t相同的前提下，xa，通過實(shí)驗(yàn)分析知，xF，可見，質(zhì)量相同的物體，其加速度跟作用在它上面的力成正比，即a1:a2=F1:F2，或者aF。 注意：用此方法需要平衡摩擦力：在長木板的不帶定滑輪的一端下面墊上一塊薄木板，反復(fù)移動(dòng)木板的位置，直至小車在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)保持勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，這時(shí)小車?yán)垘н\(yùn)動(dòng)受到的摩擦力恰好與小車所受的重力在斜面方向上的分力平衡。,圖4-2-5,【例2】某同學(xué)利用小盤和砝碼牽引小車的方法，驗(yàn)證質(zhì)量一定時(shí)加速度a 和合外力的關(guān)系，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出了如圖4-2-

6、6甲、乙所示的a-F 圖象，產(chǎn)生甲圖象不過原點(diǎn)的原因是_；產(chǎn)生乙圖 象不過原點(diǎn)且彎曲的原 因是_。,【解析】圖甲中，a0，說明小車重力沿木板的分力大于摩擦力，原因是木板墊得過高。圖乙中，a=0，F(xiàn)0，說明小車重力沿木板的分力小于摩擦力，木板傾角過?。划?dāng)較大時(shí)，即小盤和砝碼的質(zhì)量較大時(shí)，小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于小盤和砝碼的質(zhì)量這一條件得不到滿足，因此圖線成曲線。,圖4-2-6,學(xué)點(diǎn)4 怎樣有實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出結(jié)論,猜想：aF，a1/m。 若猜想正確，則a-F、a-1/m圖象均是過原點(diǎn)的直線。 由于實(shí)驗(yàn)誤差的存在：各點(diǎn)不是嚴(yán)格位于一條直線上；并且直線并非準(zhǔn)確地過原點(diǎn)。,若經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)，圖象上的點(diǎn)都靠近某直線，而這

7、條直線又十分接近原點(diǎn)，那么，實(shí)際的規(guī)律就是aF,a1/m。,注意，誤差是一定存在的，在誤差允許的范圍內(nèi)，上述結(jié)論成立。,1.請?jiān)O(shè)計(jì)一探究加速度與力和質(zhì)量關(guān)系的實(shí)驗(yàn)？,探究過程 （1）用天平測出小車和小盤（包括其中砝碼）的質(zhì)量分別 為M0、m0，并把數(shù)值記錄下來。 （2）按圖所示將實(shí)驗(yàn)器材安裝好（小車上不系繩）。 （3）把木板無滑輪的一端下面墊一薄木板，平衡摩擦力。 （4）將重物通過細(xì)繩系在小車上，接通電源放開小車，用 紙帶記錄小車的運(yùn)動(dòng)情況；取下紙帶并在紙帶上標(biāo)上號碼及此 時(shí)所掛重物的重力m0g。 (5)保持小車的質(zhì)量不變，改變小盤（包括其中砝碼）的質(zhì)量重復(fù)步驟（4）多做幾次實(shí)驗(yàn)，且每次小車從

8、同一位置釋放。 （6）保持小車所受的合外力不變，在小車上加砝碼，并測出小車和放上砝碼后的總質(zhì)量M1，接通電源放開小車，用紙帶記錄小車的運(yùn)動(dòng)情況，取下紙帶并在紙帶上標(biāo)上號碼。 （7）繼續(xù)在小車上加放砝碼，重復(fù)步驟（6）多做幾次實(shí)驗(yàn)，在每次得到的紙帶上標(biāo)上號碼。 （8）分別用x=aT2或a=2x/t2等方法求得加速度a，將得到的數(shù)據(jù)填入a和F或a和1/m的表格中，利用以上數(shù)據(jù)分別作出a-F關(guān)系圖象、a-1/m關(guān)系圖象以找出a與F、a與1/m的關(guān)系。,2.如何利用逐差法處理紙帶？,逐差法是處理紙帶類問題的基本方法，下面我們就介紹逐差法的推導(dǎo)及其應(yīng)用時(shí)的注意事項(xiàng)。如圖所示，則有 x4-x1=(x4-x3)+(x3-x2)+(x2-x1)=3aT2 x5-x2=(x5-x4)+(x4-x3)+(x3-x2)=3aT2 x6-x3=(x6-x5)+(x5-x4)+(x4-x3)=3aT2 +得a=(x4+x5+x6)-(x1+x2+x3) /(3T)2 應(yīng)用式解題時(shí)要注意以下幾點(diǎn)： （1）xn為相鄰的相等時(shí)間T內(nèi)的位移，而不是如圖所示的xn （