物理人教版（2019）必修第一册4.2实验：探究加速度与力、质量的关系（共22张ppt）

(共22张PPT)
3
1
2
学会用控制变量法探究物理规律
探究加速度a与合力F、质量M的关系
掌握利用图像处理数据的方法
学习目标：
4.2 探究加速度与力、质量的关系
复习回顾
1、牛顿第一定律：力是改变物体运动状态的原因
力是产生加速度的原因。
运动状态变化
速度变化
加速度
力
迫使
表现为
产生
产生
2、质量是惯性的唯一量度，质量越大，惯性越大，运动状态越难改变——加速度与质量有关
物体的加速度与物体所受外力以及物体的质量有关
事实说明：m 一定时，F 大，加速度大
F 一定时，m 大，加速度小
a、F、m 间的定性关系？
复习回顾
猜想
基于简单的原则
M 一定时，F 大，加速度大
a ∝ F
猜
F 一定时，M 大，加速度小
猜
a ∝
1
M
—
一、实验目的
探究加速度与合力F、质量M的关系。
控制变量法：
保持质量不变，探究加速度跟合外力F的关系。
保持合外力F不变，探究加速度与质量M的关系。
数据处理：作出图象和图象，确定其关系。
怎么设计这个实验？
（1）测量哪些量：M、a、F
（2）如何测量：
质量M——天平
加速度a——打点计时器打出的纸带（利用Δx＝aT2及逐差法）
合力F：
二、实验原理
测量合力F：
用天平测出小车和小盘的质量 M 和m，并把数据记录下来(要求：M >> m)
说明：M 为小车以及小车上的砝码的总质量
m 为小盘以及小盘上的砝码的总质量
注意:只有当小车的质量远大于小盘和砝码的总质量时,小车所受拉力F才近似等于盘和砝码的总重力. 即M >> m时，F=mg
纸带
小车
托盘
二、实验原理
平衡摩擦力：小车所受拉力F才等于小车所受的合力
适当垫高木板的右端，使小车的重力沿斜面方向的分力正好平衡小车和纸带受到的阻力．在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细绳系在小车上，让小车拉着穿过打点计时器的纸带匀速运动．
不需要重复平衡摩擦力。
二、实验原理
小车、砝码、小盘、 细绳、附有定滑轮的长木板、垫木、
打点计时器、低压交流电源、细线两根、纸带、天平、米尺。
三、实验器材
(1)测量：用天平测量小盘和砝码的质量m和小车的质量M。
(2)安装：按照实验原理图把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细绳系在小车上(即不给小车牵引力)。
(3)平衡摩擦力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫一块薄木块，使小车能匀速下滑。
(4)操作：
①小盘通过细绳绕过定滑轮系于小车上，先接通电源后放开小车，取下纸带编号码．
②保持小车的质量M不变，改变砝码和小盘的质量m，重复步骤①.
③在每条纸带上选取一段比较理想的部分，测加速度a.
④描点作图，作a－F的图象．
⑤保持砝码和小盘的质量m不变，改变小车质量M，重复①和③，作图象．
四、实验步骤
(1)利用Δx＝aT2及逐差法求a.
在上述实验的每条纸带上都选取一段比较理想（一般舍头去尾）的部分，选择计数点，测量相应的位移，计算打每条纸带的加速度 ai ( i = 1、2、……)，并记录在表格中
五、数据处理
次数 牵引力F/N 加速度a
1
2
3
4
5
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.30
0.10
0.15
0.21
0.26
（2）用纵坐标表示加速度 a，横坐标表示牵引力F，作a — F 图象
F/N
a/m·s－2
0
0.10
0.20
0.30
0.40
0.20
0.40
0.60
a — F 图象是一条过原点的倾斜直线
a ∝F
五、数据处理
（3）
次数 小车质量m 加速度a
1
2
3
4
5
问题
a — m 为曲线能否说明 a 与m 成反比？
如何进一步研究？
a
0
五、数据处理
m
a
0
m
m
1
a — 图象是一条过原点的倾斜直线
1
—
m
说明：在牵引力一定时， a 与m 成反比
五、数据处理
(1)平衡摩擦力：适当垫高木板的右端，使小车的重力沿斜面方向的分力正好平衡小车和纸带受到的阻力。在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细绳系在小车上，让小车拉着穿过打点计时器的纸带匀速运动。
(2)不重复平衡摩擦力．
(3)实验条件：M m.（小车质量远大于重物质量）
(4)一先一后一按：改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，后释放小车，且应在小车到达滑轮前按住小车．
六、注意事项
(1)因实验原理不完善引起的误差：
本实验用小盘和砝码的总重力mg代替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力。——系统误差
(2)摩擦力平衡不准确、质量测量不准确、计数点间距测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差。 ——偶然误差
七、误差分析
1.(1)我们已经知道，物体的加速度a同时跟合外力F和质量m两个因素有关．要研究这三个物理量之间的定量关系的思想方法是______________．
课堂练习
控制变量法
(2)某同学的实验方案如图所示，她想用砂桶的重力表示小车受到的合外力F，为了减小这种做法带来的实验误差，她先做了两方面的调整措施：
a．用小木块将长木板无滑轮的一端垫高，目的是_________________．
b．使砂桶的质量远小于小车的质量，目的是使拉小车的力近似等于____________．
(3)该同学利用实验中打出的纸带求加速度时，处理方案有两种：
A．直接利用公式a＝计算；
B．根据a＝利用逐差法计算．
两种方案中，你认为选择方案________比较合理．
课堂练衡摩擦力
砂及砂桶的重力
B
(1)图甲所示为实验装置图．图乙为某次实验得到的一段纸带，计数点A、B、C、D、E间的时间间隔为0.1 s，根据纸带可求出小车的加速度大小为________m/s2(结果保留两位有效数字)．
课堂练习
2.某次“探究加速度a跟物体所受合力F和质量m的关系”实验如下．
0.43
(2)保持小车质量不变，改变砂和砂桶质量，进行多次测量．根据实验数据作出了加速度a随拉力F的变化图线，如图所示．图中直线没有通过原点，其主要原因是_____________________________________。
课堂练习
2.某次“探究加速度a跟物体所受合力F和质量m的关系”实验如下．
未平衡摩擦力或摩擦力平衡不足
实验次数 1 2 3 4 5 6 7 8
小车加速度a(m/s2) 1.90 1.72 1.49 1.25 1.00 0.75 0.50 0.30
小车和砝码质量m/kg 0.25 0.29 0.33 0.40 0.50 0.71 1.00 1.67
1/m（kg－1） 4.00 3.45 3.03 2.50 2.00 1 .41 1.00 0.60
(3)保持砂和砂桶质量不变，改变小车中砝码质量，进行多次测量，得到小车加速度a、质量m及其对应的的数据如表示：
a. 请在图所示坐标纸中画出a－图线；
b．根据作出的a－图象可以得到的结论是：
___________________________________________________.
课堂练习
在误差允许的范围内，合力一定时，加速度与质量成反比。
作业:
1.复习本节内容；
2.预习牛顿第二定律的应用。