4.2实验：探究加速度与力、质量的关系（44页课件）【新教材】人教版（2019）高中物理必修第一册课件

(共44张PPT)
2 实验：探究加速度与力、质量的关系
第四章
运动和力的关系
一、知识复习
惯性
1惯性是物体的固有属性
一切物体都具有惯性。
2惯性反映了物体维持原有运动状态的能力。
3惯性只与质量有关！
力
力能改变物体运动状态
力能改变物体速度
力使物体产生加速度
一、知识复习
质量越大，惯性越大，运动状态越难以改变;
质量
力是使物体产生加速度的原因
力
加速度与物体的质量和受到的力大小有关
狗自己拉车
狗和羊一起拉车
哪个加速度比较大？
m一定
F越大
a越大
如果车里装满了物品
是不是更难掌握方向？
F一定
m越大
a越小
猜想和假设
加速度与力和质量会有什么定量关系呢？
二、实验
实验方法：
二、实验
测质量用天平
二、实验
测加速度看纸带
a=0.51m/s2
二、实验
方法二：
二、实验
想让小车受到合力等于钩码重力
就得平衡摩擦力
二、实验
关键步骤：平衡摩擦力
在长木板不带定滑轮的一端下面垫上垫木，反复移动垫木位置，启动打点计时器，直到轻推小车使小车在斜面上运动时可保持匀速直线运动为止(纸带上相邻点间距相等)，此时小车重力沿斜面方向的分力等于打点计时器对小车的阻力和长木板的摩擦阻力及其他阻力之和。
二、实验
注意
1、垫高打点计时器那端
2、平衡摩擦力时不能挂钩码
3、轻推小车纸带点迹均匀就是匀速
4、改变小车质量不需要重新平衡摩擦
二、实验
力F测量：用钩码重替代
这种方法有什么弊端？
二、实验
钩码和小车加速运动，绳子拉力不等于钩码重力
想让拉力等于钩码重力
必须满足：m钩码远小于m小车
二、实验
三、实验数据处理：控制小车m不变
在质量一定时，物体加速度的大小跟它受到的拉力成正比。
三、实验数据处理：控制拉力F不变
在拉力一定时，物体的加速度大小跟它的质量成反比。
a--M图像
a--1/M图像
三、实验数据处理：控制拉力F不变
(1)保持物体质量不变时，物体的加速度a与所受拉力F成正比。
(2)保持拉力F不变时，物体的加速度a与质量m成反比。
四、实验结论
五、误差分析
产生原因 减小方法
偶然误差 质量测量不准、计数点间距测量不准 多次测量求平均值
小车所受拉力测量不准 ①准确平衡摩擦力②使细绳和纸带平行于木板
作图不准 使尽可能多的点落在直线上或均匀分布在直线两侧，误差较大的点舍去
系统误差 小盘及槽码的总重力代替小车所受的拉力 使小盘和槽码的总质量远小于小车的质量
五、误差分析
五、误差分析
六、注意事项
1．平衡摩擦力时不要挂重物，整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变小盘和槽码的质量还是改变小车及砝码的质量，都不需要重新平衡摩擦力。
2．实验中必须满足小车和槽码的总质量远大于小盘和槽码的总质量，只有如此，槽码和小盘的总重力才可视为与小车受到的拉力相等。
3．小车应靠近打点计时器且先接通电源再放手。
4．作图像时，要使尽可能多的点在所作直线上，不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线两侧，离直线较远的点是错误数据，舍去不予考虑。
随堂练习
1．利用打点计时器探究加速度与力、质量关系的实验中，以下做法中正确的是(　　)
A．平衡摩擦力时，应将重物用细绳通过定滑轮系在小车上
B．平衡摩擦力后，长木板位置不能移动，每次改变小车质量时，不需要重新平衡摩擦力
C．小车释放前应靠近计时器，实验时，先放开小车，后接通电源
D．“重物的质量远小于小车的质量”这一条件如不满足，对探究过程也不会产生影响
随堂练习
B　平衡摩擦力时，应将绳从小车上拿去，轻轻推动小车，使小车沿木板运动，通过打点计时器打出来的纸带判断小车是否匀速运动，A错误；
每次改变小车的质量时，小车的重力沿斜面分力和摩擦力仍能抵消，不需要重新平衡摩擦力，B正确；
实验时，如果先放开小车，再接通打点计时器电源，由于小车运动较快，可能会使打出来的点很少，不利于数据的采集和处理，因此要求先接通打点计时器，后释放小车，且开始小车要靠近打点计时器，C错误；
当重物的质量远小于小车的质量时我们才可以认为小车的合力等于重物的重力，故D错误。
随堂练习
练习2在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，为了消除打点计时器和木板对小车阻力的影响，关于该操作环节，下列四种装置图中正确的是(　　)
随堂练习
B　依靠重力来平衡阻力，同时阻力包含纸带与打点计时器之间的摩擦，故操作为：需要连上纸带，但是不能挂重物，把打点计时器所在的一端垫高，故B正确，A、C、D错误。
随堂练习
练习3 为了探究物体质量一定时加速度与力的关系，某同学设计了如图甲所示的实验装置，其中M为小车和小车上的滑轮的总质量，m为沙和沙桶的总质量，力传感器可测出轻绳中的拉力大小。
随堂练习
(1)下列实验操作中，一定要进行的是 。
A．用天平测出沙和沙桶的总质量
B．将带滑轮的长木板右端适当垫高，以平衡摩擦力
C．调整力传感器和定滑轮的高度，使连接它们的轻绳与长木板平行
D．为减小误差，一定要保证m远小于M
BC
随堂练习
(2)该同学在实验中得到如图乙所示的一条纸带(相邻两计数点间还有四个点没有画出)，已知打点计时器采用的是频率为50 Hz的交流电，根据纸带可求出小车的加速度为 m/s(结果保留三位有效数字)。
2.00m/s2
随堂练习
(3)该同学以力传感器的示数F为横坐标，加速度a为纵坐标，画出的a F图像是一条直线(图像没有画出)，求得图线的斜率为k，则小车和小车上的滑轮的总质量为 。
C
两种常考实验
01
02
两个小车对比实验
气垫导轨实验
一、对比实验
同时释放两个小车，停止时用黑板擦压住后面的纸带
这样保证运动时间相同
小车
小车
夹子
Ｆ
Ｆ
一、对比实验
在相同的时间内，两小车移动的距离分别为:
a1/ a2 = x1/x2
测量出 x1 、x2
控制 m 不变，探究 a 与 F 的关系。
(Ｖ０＝０；ｔ相同)
一、对比实验
x1
x2
F1
F2
同理，控制 F 相同，探究 a与 m 的关系。
一、对比实验
练习 如图所示，在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，若1、2两个相同的小车所受拉力分别为F1、F2，车中所放砝码的质量分别为m1、m2，打开夹子后经过相同的时间两车的位移分别为x1、x2，则在实验误差允许的范围内，有(　　)
A．当m1＝m2、F1＝2F2时，x1＝2x2
B．当m1＝m2、F1＝2F2时，x2＝2x1
C．当F1＝F2、m1＝2m2时，x1＝2x2
D．当F1＝F2、m1＝2m2时，x2＝2x1
A　题中m1和m2是车中砝码的质量，决不能认为是小车的质量。本题中只说明了两小车是相同的，并未告诉小车的质量是多少，当m1＝m2时，两车加砝码后质量仍相等，若F1＝2F2，则a1＝2a2，由x＝1/2at2得x1＝2x2，A正确，B错误；当m1＝2m2时，无法确定两车加砝码后的质量关系，两小车的加速度关系也就不清楚，故无法断定两车的位移关系，C、D错误。
一、对比实验
二:气垫导轨实验
光电门1
光电门2
挡光板
△x
X/t
二:气垫导轨实验
已知通过两光电门之间的时间
光电门1
挡光板
△x
X/t
二:气垫导轨实验
已知通过两光电门之间的位移
光电门2
光电门1
挡光板
△x
X/t
二:气垫导轨实验
已知通过两光电门之间的位移
光电门2
再见！！！