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15张ppt）

(共15张PPT)
第
节
2
实验：探究加速度与力、质量的关系
高中物理 必修第一册
第四章
学习目标
任务1：探究加速度与力、质量的关系时，利用了什么思想方法？
任务2：实验中如何平衡摩擦力？
任务3：实验中小车所受拉力等于小盘及砝码重力的条件是什么？
任务4：实验中为什么描绘图像而不是描绘a-m图像？
一 实验原理
采用控制变量法：在该实验中有三个变量，为了研究问题方便，可使一个量不变，观察另外两个量的变化情况，这种方法称为控制变量法。

加速度与力的关系
实验的基本思路：测量质量m一定的物体在不同的力F作用下的加速度a，分析a与F的关系。
加速度与质量的关系
实验的基本思路：F一定，测量不同质量m的物体在同一力F作用下的加速度a，分析a与m的关系。
猜想：F相同，m越大，a越小，是否有“a与m成反比”或“a与成反比”？
若a与m成反比，则a与成正比。
三 小车运动时的受力分析
平衡摩擦力：如图所示，纸带穿过打点计时器。为了消除摩擦力对小车的影响，可将木板无滑轮的一端稍微垫高一些，用小车的重力的分力来抵消它所受到的摩擦力，直到小车不挂重物时能在木板上匀速运动为止。当挂上重物(托盘和砝码)时，只要重物的质量远小于小车的质量，那么我们可近似认为托盘和砝码所受的重力大小等于小车所受的合力的大小。增减盘中砝码的个数可改变小车所受到的拉力。
方案2 “比较法”进行实验探究——对比实验法
原理：采用图所示的装置，两小车后端各系一条细绳，一起被一个夹子夹着而使小车静止。打开夹子，两小车同时开始运动，关上夹子，两小车同时停下来，用刻度尺测出两车位移，
位移之比即为它们的加速度之比。
1.探究加速度与力的关系
保持其中一个小盘和重物的总质量不变，另一个小盘和重物的总质量逐渐加大，但不要过大，测出每次的小盘和重物的总质量与对应的纸带距离。用得到的数据描绘图线，横轴用两车拉力之比表示，纵轴用加速度之比表示，其中=，在误差范围内图线应为一条倾斜直线。
2.探究加速度与质量的关系
牵引小车的小盘和重物的总质量不变(以30 g~40 g为宜)，改变小车的质量，测出每次小车的质量和对应的位移。用得到的数据描绘图线，横轴用两车质量之比表示，纵轴用加速度之比表示，其中=，在误差范围内图线应为一条倾斜直线。
五 五点注意
平衡摩擦力时不要挂小盘，平衡摩擦力后，不管以后是改变小盘中重物的质量，还是改变小车上所加砝码的质量，都不需要重新平衡摩擦力。
实验时要先接通电源后放开小车。

实验中必须满足小车和小车上所加砝码的总质量远大于重物和小盘的总质量。只有如此，重物和小盘的总重力才可视为与小车受到的拉力相等。
每次开始时小车应尽量靠近打点计时器(或尽量远离带滑轮的一端)，且在小车到达滑轮前应按住小车。
作图线时，要使尽可能多的点落在所作直线上，不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线两侧，离直线较远的点应该舍去不予考虑。
六 误差分析
实验原理不完善造成误差：小盘及盘中砝码的总质量越小，误差越小。图说明拉力F很大时，AB段明显偏离直线，即所挂小盘及盘中砝码的总质量太大，不满足远小于小车和车中砝码的总质量的条件。

平衡摩擦力不准造成误差：实验原理中设定为光滑水平面情形，所以实验中应平衡摩擦力，若未平衡摩擦力或平衡不当就会带来系统误差。
1.如出现图中的直线①，说明平衡摩擦力过度了，即拉力F=0时已产生加速度，其加速度是重力的分力过大形成的。若出现图甲中的直线②，说明平衡摩擦力不够，因为拉力大于时才产生加速度。
2.出现图乙中的直线①的原因：当=0时，相当于小车质量无穷大，小盘拉力忽略不计，小车在斜面上自行加速下滑是平衡摩擦力过大造成的。出现图乙中的直线②的原因：当=k，即小车有一定质量时，用一定大小的力没有拉动，只有质量减小到一定程度时才能拉动，这是平衡摩擦力不足造成的。
七 描绘图象而不描绘a-m图象的原因
在探究拉力一定的条件下，物体的加速度跟物体质量的关系时，凭几组数据难以直接得出结论。但图象很直观，因此，我们可以借助图象寻求加速度与质量的关系。
若以a为纵坐标，m为横坐标，描出的图线是一条曲线，如图甲所示，难以判断它们之间是不是反比例关系。实际上“a与m成反比”就是“a与成正比”，如果以为横坐标、加速度a为纵坐标建立坐标系，根据a-的图象是不是过原点的直线，就能判断加速度a是不是与质量m成反比，如图乙所示。采用a-图象，检查图线是不是过原点的倾斜直线就容易多了。这种“化曲为直”的方法是实验研究中经常采用的一种有效方法，在以后的学习中也会用到。
甲
乙
八 用气垫导轨探究加速度与力、质量的关系
1.实验装置（如图所示）
2.实验设计
（1）调平气垫导轨，让滑块在砝码拉力的作用下做匀加速运动，记录滑块通过光电门的速度、砝码的质量、两光电门间的距离。
（2）保持滑块质量不变，通过增加（或减少）砝码的数量来改变拉力的大小。重复实验几次，记下实验数据。
（3）保持砝码的质量不变，即滑块所受的拉力不变，通过在滑块上增加（或减少）橡皮泥来改变滑块的质量，重复实验几次，记下实验数据。
3.实验特点
计算加速度的方法：已知滑块经过两个不同位置的速度v1和v2，以及两位置间的距离x，利用a=求加速度。
1.如图所示是“探究加速度与力、质量的关系”实验装置。
（1）下图是实验时平衡阻力的情形，其中正确的是　　　　（选填字母）。
（2）关于本实验，下列做法正确的是　　　　。
A.在用打点计时器打纸带时，应该先放开小车，再接通打点计时器的电源
B.在探究加速度与质量的关系时，应改变拉力F的大小
C.在探究加速度与质量的关系时，为了直观判断两者间的关系，应作出a-1/M图像
D.在探究加速度与力的关系时，作a-F图像应该用折线将所描的点依次连接
B
　A　　　　　　　　　　　 B　　　　　　　　　　C
C
当堂检测
2.用如图所示实验装置完成“探究加速度
与力、质量的关系”实验。
（1）以下实验操作，正确的是 　　　　。（填字母代号）
A.平衡摩擦力时，应将空砝码盘跨过定滑轮系在小车上，让细线与长木板平行
B.平衡摩擦力时，应将纸带连接在小车上并穿过打点计时器
C.每次改变小车质量时，不需要重新平衡摩擦力
D.实验时，可用天平测出小车的质量m和砝码盘与重物的总质量，直接用公式a=g求加速度
（2）为了探究小车（包括里面所装砝码）总质量M一定时，加速度a与合力F的定量关系，需要在砝码盘里面添加砝码来改变小车所受到的合力。砝码质量 m 和小车总质量 M 分别选取下列四组值：
A. M=500 g，m分别为50 g 、70 g 、100 g、125 g
B. M=500 g，m分别为20 g、30 g 、40 g 、50 g
C. M=200 g，m分别为50 g 、70 g 、100 g 、125 g
D. M=200 g，m分别为30 g 、40 g 、50 g 、60 g
若其他操作都正确，选用　　　　组（填字母代号）进行实验时的实验误差较小。
BC
B
3.在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，某同学使用了如图所示的装置，“每五个点”与“每两点间还有四个点未画出”是等效的木板放在水平桌面上，打点计时器打点频率为50 Hz。
（1）实验中得到如图所示的一段纸带，每五个点为一计数点，测得xAB=7.65 cm，xBC=10.17 cm，实验测出小车的加速度大小为　　　　m/s2 （结果保留两位小数）。
（2）若直接按图所示装置进行实验，以沙和沙桶的总重力F为横坐标，通过纸带分析得到的加速度a为纵坐标，画出的a-F图像合理的是　　　　。
　A　　　　　　　　B　　　　　　　　C　　　　　　　　D
（3）实验中，沙和沙桶的总重力　　　　　　　（选填“大于”“小于”或“等于”）绳子对小车的拉力，为了让沙和沙桶的总重力大小更接近绳子对小车的拉力，应让沙和沙桶的总质量　　　　　　　　（选填“远大于”或“远小于”）小车的质量。
（4）若（2）中四个图像中的图线（包括B、C中的直线部分）的斜率都为k，k可能与什么有关？　　　　　　　　　　　。
2.52
C
大于
远小于
小车质量
4.［多选］如图是探究加速度与力、质量关系的实验方案之一，通过位移的测量来代替加速度的测量，即，用这种替代操作的要求是（　　）
A.实验前必须先平衡摩擦力
B.必须保证两小车的运动时间相等
C.两小车都必须从静止开始做匀加速直线运动
D.小车所受的水平拉力大小可以认为是砝码（包括小盘）的重力大小
BC
谢谢！