物理人教版（2019）必修第一册4.2 实验：加速度与力、质量的关系（共19张ppt）
文档属性
| 名称 | 物理人教版（2019）必修第一册4.2 实验：加速度与力、质量的关系（共19张ppt） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 42.9MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-11-26 22:46:47 | ||
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文档简介
(共19张PPT)
第四章
第 2 节
实验：探究加速度与力、质量的关系
人教版 必修第一册
经历探究加速度与力、质量的关系的设计过程，感悟控制变量法、图像法等科学研究方法的应用；
经历用图像处理数据的过程，从图像中发现物理规律，培养收集信息、获取证据的能力；
经历实验操作和测量的过程，体会探究过程的科学性和严谨性，培养团队合作精神；
学习目标
01
根据我们学过的知识和生活经验，物体的加速度与物体所受的力、物体的质量存在什么关系？
质量大的物体惯性大，速度越难改变，在相同作用力下加速度越小；同一物体所受合力越大，速度变化越快，即加速度越大。
物体的加速度与其质量、所受合力存在什么定量关系呢？
课堂引入
02
如何设计实验验证？
实验需要哪些器材，需要测量哪些物理量？
如何处理数据？
加速度a与所受合外力F成正比，与质量M成反比。
猜想与假设
02
①.保持小车质量M不变，通过改变钩码质量改变小车所受的拉力F，测出不同拉力下小车的加速度a；
②.保持钩码质量不变，即小车所受拉力F不变，测出不同质量M下小车的加速度a。
需要的器材：天平、砝码、打点计时器、交变电流、纸带、刻度尺、带滑轮的木板、小车、细绳、重物（小钩码或沙桶）
需要测量的物理量：
（控制变量法）
实验思路：
小车的质量、小车所受拉力、位移（求加速度）
实验思路、器材
02
小车所受合外力F是绳子对它的拉力么？
G
FN
FT
f
分析小车所受的力，F合=FT-f
如何测量小车所受摩擦力f ？
因为小车的质量发生改变，实验中通过平衡摩擦力的方法避免摩擦力的影响。
绳子的拉力F与钩码的重力G大小相等么？
不相等，因为钩码是加速下落的。当钩码的质量远小于小车的质量时，可以近似认为绳子对小车的拉力与钩码的重力大小相等。
G
f
当F下=f 时；Gsinθ=μGcosθ
FN
F下
F⊥
F下=Gsinθ
f=μFN=μF⊥=μGcosθ
一，共点力
实验思路、器材
03
用天平测出小车的质量 ，并把数据记录下来。
按实验装置图把实验器材安装好（小车上不系绳，安装纸带）。
平衡摩擦力。
用细线将钩码与小车相连（钩码质量远小于小车质量），打开打点计时器，释放小车，指代记录小车的运动情况，测出一组数据。
控制小车质量不变，改变钩码数量，多测几组据。
控制钩码质量不变，改变小车质量，再测几组数据。
计算出每次实验所得纸带的加速度值。
实验步骤：
一，共点力
实验方案与过程
03
如何利用测得的数据求小车的加速度a？
匀变速直线运动中，连续相等时间T内位移x1、x2之差Δx=x2-x1=aT2；
位移逐差法：
.
.
.
.
.
.
.
0
1
2
3
4
5
6
一，共点力
实验方案与过程
03
一，共点力
实验数据处理
03
如何处理数据？
（1）探究加速度a与力F的关系
以加速度a为纵坐标，以力F为横坐标建立直角坐标系，通过描点法做出a-F图像，若图像是一条过原点的倾斜直线，说明a与F成正比。
（2）探究加速度a与质量M的关系
以加速度a为纵坐标，以质量M为横坐标建立直角坐标系，通过描点法做出a-M图像，图像是曲线，难以判断a与M是否成反比关系。
若a与M成反比，则a与 成正比，若作出a- 图像是一条过原点的倾斜直线，说明a与 成正比，即a与M成反比。
M
a
a
采用了化曲为直的方法
图像法
F
a
o
o
o
1.实验原理不完善引起的误差
当钩码的质量m远小于小车质量M时，我们认为绳子拉力F等于后妈的重力mg，这种设计方案会产生系统误差，当不能满足M m时，图线会发生弯曲。
a
F
o
2.平衡摩檫力不准造成误差
a
F
o
①
②
a
o
①
②
①直线，平衡摩擦力过度
②直线，未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足
①直线，平衡摩擦力过度
②直线，未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足
一，共点力
实验误差分析
03
一，共点力
实验注意事项
03
平衡摩擦时，不能挂重物；整个实验过程只需平衡一次摩擦。
实验中小车和砝码的总质量必须远大于钩码的总质量。
为了保证细线的拉力等于小车受到的牵引力，细线要与木板保持平行。
实验时，先接通电源，后释放小车。
作图时，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直线两侧。离直线较远的点是错误数据，应舍去。
例2：利用如图所示装置可以完成力学中的许多实验。
（1）利用此装置做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验时， （选填“需要”或“不需要”）补偿小车受到的阻力的影响。利用此装置做“加速度与力、质量的关系”的实验时 （选填“需要”或“不需要”）补偿小车受到的阻力的影响。
（2）实验中关于阻力补偿法操作最佳的是：
A．在补偿阻力时要把挂槽码的细线系在小车上，小车拖着纸带并开启打点计时器开始运动
B．在补偿阻力时不能把挂槽码的细线系在小车上，小车不用拖着纸带开始运动
C．在补偿阻力时不能把挂槽码的细线系在小车上，小车拖着纸带并开启打点计时器开始运动
D．在补偿阻力时要把挂槽码的细线系在小车上，小车不用拖着纸带开始运动
不需要
需要
一，共点力
经典例题
03
（3）如果该同学探究加速度a与合外力F、小车质量m关系的实验，按正确的操作，平衡了摩擦力。以砂和砂桶的重力为F，在小车质量m保持不变情况下，不断往桶里加砂，砂和砂桶的质量最终达到 ，测小车加速度a，作a-F的图像。下列图线正确的是（ ）
C
一，共点力
经典例题
03
（4）下图是实验中得到的一条纸带，A、B、C、D、E、F、G为7个相邻的计数点，相邻的两个计数点之间还有四个点未画出，量出相邻的计数点之间的距离分别为xAB＝4.22 cm，xBC＝4.65 cm，xCD＝5.08 cm，xDE＝5.49 cm，xEF＝5.91 cm，xFG＝6.34 cm，已知打点计时器的工作频率为50 Hz，则纸带上D点的速度vD＝ m/s，小车的加速度a＝ . m/s2（结果保留两位有效数字）。
（5）若实际工作频率是48 Hz，而该同学不知情，则该同学算出来的加速度 （选填“大于”“等于”或“小于”）真实值。
0.53
0.42
大于
一，共点力
经典例题
03
（2）利用位移之比测加速度之比，判断加速度之比是否满足 、
（3）利用弹簧测力计直接测量合外力大小，气垫导轨不用平衡摩擦力，加速度由纸带数据计算得出。
.
气垫导轨
弹簧测力计
d
（1）利用光电门测出遮光条通过光电门的遮光时间t1、t2，计算得出通过两光电门的瞬时速度 、 ，根据求出加速度 。
一，共点力
创新实验方案
03
例1：［多选］如图是通过位移测量来代替加速度测量的方案，要使 成立，实验中应满足的操作要求是 ，若要探究加速度与力、质量的关系，实验中要满足操作是 。
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小车所受绳的水平拉力大小可以认为是槽码的重力大小
一，共点力
经典例题
03
BC
ABCD
（1）下列不必要的一项实验要求是（ ）
A.应将长木板一端垫高平衡摩擦力
B.应使滑块质量远远大于沙和沙桶的总质量
C.应使光电门A与光电门B间的距离适当大些
D.应使细线与长木板平行
（2）滑块通过两个光电门A、B的速度分别为 、 。
（3）在此实验中，需要测得每一次牵引力对应的加速度，其中求得的加速度的表达式为 （用△t1、△t2、d、L表示）
例：为了探究加速度与力的关系，使用如图所示装置进行实验。其中，A、B为两个光电门，它们与数字计时器相连，当滑块通过A、B光电门时，光束被遮挡的时间△t1、△t2都可以被测量并记录，滑块连同上面固定的一条形挡光片的总质量为M，挡光片宽度为d，光电门间距离为L，沙和沙桶的总质量为m。
A
一，共点力
经典例题
03
课堂总结
下次再见
第四章
第 2 节
实验：探究加速度与力、质量的关系
人教版 必修第一册
经历探究加速度与力、质量的关系的设计过程，感悟控制变量法、图像法等科学研究方法的应用；
经历用图像处理数据的过程，从图像中发现物理规律，培养收集信息、获取证据的能力；
经历实验操作和测量的过程，体会探究过程的科学性和严谨性，培养团队合作精神；
学习目标
01
根据我们学过的知识和生活经验，物体的加速度与物体所受的力、物体的质量存在什么关系？
质量大的物体惯性大，速度越难改变，在相同作用力下加速度越小；同一物体所受合力越大，速度变化越快，即加速度越大。
物体的加速度与其质量、所受合力存在什么定量关系呢？
课堂引入
02
如何设计实验验证？
实验需要哪些器材，需要测量哪些物理量？
如何处理数据？
加速度a与所受合外力F成正比，与质量M成反比。
猜想与假设
02
①.保持小车质量M不变，通过改变钩码质量改变小车所受的拉力F，测出不同拉力下小车的加速度a；
②.保持钩码质量不变，即小车所受拉力F不变，测出不同质量M下小车的加速度a。
需要的器材：天平、砝码、打点计时器、交变电流、纸带、刻度尺、带滑轮的木板、小车、细绳、重物（小钩码或沙桶）
需要测量的物理量：
（控制变量法）
实验思路：
小车的质量、小车所受拉力、位移（求加速度）
实验思路、器材
02
小车所受合外力F是绳子对它的拉力么？
G
FN
FT
f
分析小车所受的力，F合=FT-f
如何测量小车所受摩擦力f ？
因为小车的质量发生改变，实验中通过平衡摩擦力的方法避免摩擦力的影响。
绳子的拉力F与钩码的重力G大小相等么？
不相等，因为钩码是加速下落的。当钩码的质量远小于小车的质量时，可以近似认为绳子对小车的拉力与钩码的重力大小相等。
G
f
当F下=f 时；Gsinθ=μGcosθ
FN
F下
F⊥
F下=Gsinθ
f=μFN=μF⊥=μGcosθ
一，共点力
实验思路、器材
03
用天平测出小车的质量 ，并把数据记录下来。
按实验装置图把实验器材安装好（小车上不系绳，安装纸带）。
平衡摩擦力。
用细线将钩码与小车相连（钩码质量远小于小车质量），打开打点计时器，释放小车，指代记录小车的运动情况，测出一组数据。
控制小车质量不变，改变钩码数量，多测几组据。
控制钩码质量不变，改变小车质量，再测几组数据。
计算出每次实验所得纸带的加速度值。
实验步骤：
一，共点力
实验方案与过程
03
如何利用测得的数据求小车的加速度a？
匀变速直线运动中，连续相等时间T内位移x1、x2之差Δx=x2-x1=aT2；
位移逐差法：
.
.
.
.
.
.
.
0
1
2
3
4
5
6
一，共点力
实验方案与过程
03
一，共点力
实验数据处理
03
如何处理数据？
（1）探究加速度a与力F的关系
以加速度a为纵坐标，以力F为横坐标建立直角坐标系，通过描点法做出a-F图像，若图像是一条过原点的倾斜直线，说明a与F成正比。
（2）探究加速度a与质量M的关系
以加速度a为纵坐标，以质量M为横坐标建立直角坐标系，通过描点法做出a-M图像，图像是曲线，难以判断a与M是否成反比关系。
若a与M成反比，则a与 成正比，若作出a- 图像是一条过原点的倾斜直线，说明a与 成正比，即a与M成反比。
M
a
a
采用了化曲为直的方法
图像法
F
a
o
o
o
1.实验原理不完善引起的误差
当钩码的质量m远小于小车质量M时，我们认为绳子拉力F等于后妈的重力mg，这种设计方案会产生系统误差，当不能满足M m时，图线会发生弯曲。
a
F
o
2.平衡摩檫力不准造成误差
a
F
o
①
②
a
o
①
②
①直线，平衡摩擦力过度
②直线，未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足
①直线，平衡摩擦力过度
②直线，未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足
一，共点力
实验误差分析
03
一，共点力
实验注意事项
03
平衡摩擦时，不能挂重物；整个实验过程只需平衡一次摩擦。
实验中小车和砝码的总质量必须远大于钩码的总质量。
为了保证细线的拉力等于小车受到的牵引力，细线要与木板保持平行。
实验时，先接通电源，后释放小车。
作图时，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直线两侧。离直线较远的点是错误数据，应舍去。
例2：利用如图所示装置可以完成力学中的许多实验。
（1）利用此装置做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验时， （选填“需要”或“不需要”）补偿小车受到的阻力的影响。利用此装置做“加速度与力、质量的关系”的实验时 （选填“需要”或“不需要”）补偿小车受到的阻力的影响。
（2）实验中关于阻力补偿法操作最佳的是：
A．在补偿阻力时要把挂槽码的细线系在小车上，小车拖着纸带并开启打点计时器开始运动
B．在补偿阻力时不能把挂槽码的细线系在小车上，小车不用拖着纸带开始运动
C．在补偿阻力时不能把挂槽码的细线系在小车上，小车拖着纸带并开启打点计时器开始运动
D．在补偿阻力时要把挂槽码的细线系在小车上，小车不用拖着纸带开始运动
不需要
需要
一，共点力
经典例题
03
（3）如果该同学探究加速度a与合外力F、小车质量m关系的实验，按正确的操作，平衡了摩擦力。以砂和砂桶的重力为F，在小车质量m保持不变情况下，不断往桶里加砂，砂和砂桶的质量最终达到 ，测小车加速度a，作a-F的图像。下列图线正确的是（ ）
C
一，共点力
经典例题
03
（4）下图是实验中得到的一条纸带，A、B、C、D、E、F、G为7个相邻的计数点，相邻的两个计数点之间还有四个点未画出，量出相邻的计数点之间的距离分别为xAB＝4.22 cm，xBC＝4.65 cm，xCD＝5.08 cm，xDE＝5.49 cm，xEF＝5.91 cm，xFG＝6.34 cm，已知打点计时器的工作频率为50 Hz，则纸带上D点的速度vD＝ m/s，小车的加速度a＝ . m/s2（结果保留两位有效数字）。
（5）若实际工作频率是48 Hz，而该同学不知情，则该同学算出来的加速度 （选填“大于”“等于”或“小于”）真实值。
0.53
0.42
大于
一，共点力
经典例题
03
（2）利用位移之比测加速度之比，判断加速度之比是否满足 、
（3）利用弹簧测力计直接测量合外力大小，气垫导轨不用平衡摩擦力，加速度由纸带数据计算得出。
.
气垫导轨
弹簧测力计
d
（1）利用光电门测出遮光条通过光电门的遮光时间t1、t2，计算得出通过两光电门的瞬时速度 、 ，根据求出加速度 。
一，共点力
创新实验方案
03
例1：［多选］如图是通过位移测量来代替加速度测量的方案，要使 成立，实验中应满足的操作要求是 ，若要探究加速度与力、质量的关系，实验中要满足操作是 。
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小车所受绳的水平拉力大小可以认为是槽码的重力大小
一，共点力
经典例题
03
BC
ABCD
（1）下列不必要的一项实验要求是（ ）
A.应将长木板一端垫高平衡摩擦力
B.应使滑块质量远远大于沙和沙桶的总质量
C.应使光电门A与光电门B间的距离适当大些
D.应使细线与长木板平行
（2）滑块通过两个光电门A、B的速度分别为 、 。
（3）在此实验中，需要测得每一次牵引力对应的加速度，其中求得的加速度的表达式为 （用△t1、△t2、d、L表示）
例：为了探究加速度与力的关系，使用如图所示装置进行实验。其中，A、B为两个光电门，它们与数字计时器相连，当滑块通过A、B光电门时，光束被遮挡的时间△t1、△t2都可以被测量并记录，滑块连同上面固定的一条形挡光片的总质量为M，挡光片宽度为d，光电门间距离为L，沙和沙桶的总质量为m。
A
一，共点力
经典例题
03
课堂总结
下次再见