人教版(2019)新教材高中物理必修1 4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系(1)课件(共36张PPT)
文档属性
| 名称 | 人教版(2019)新教材高中物理必修1 4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系(1)课件(共36张PPT) |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 1007.0KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-12-26 16:32:53 | ||
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文档简介
(共36张PPT)
实验：探究加速度与力、质量的关系
新知导入
知识回顾
1、牛顿第一定律的内容是什么？
一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。
2、惯性与质量的关系是什么？
质量是惯性大小的唯一量度，质量越大惯性越大。
由前面的学习可见，力是改变物体运动状态的原因，质量大的物体运动状态不容易改变。这说明，加速度与力、质量之间必然存在一定的关系。
下面我们我们通过实验分别从两方面来探究加速度与力、质量之间的定量关系：
① 加速度与力的关系；② 加速度与质量的关系
新知导入
新知讲解
1、实验目的：定量分析a、F、m的关系。
2、实验方法：控制变量法
例如：在研究某个物理量y与另外两变量x1 、x2 的关系时，先固定一个变量x2 不变，研究y与另一个变量x1 之间的定量关系；然后再固定变量x1 不变，研究y与x2 之间的关系。
一、实验：探究加速度与力、质量的关系
新知讲解
3、实验思路
将小车置于水平木板上，通过滑轮与槽码相连。小车可以在槽码的牵引下运动。
新知讲解
（1）加速度与力的关系
保持物体的质量不变，测量不同力下的加速度，分析加速度与力的关系。
（2）加速度与质量的关系
保持物体受力不变，测量不同质量下的加速度，分析加速度与质量的关系。
新知讲解
4、物理量的测量
本实验需要测量的物理量有三个：物体的质量m、物体所受的作用力F和物体运动的加速度a。
（1）质量的测量
质量可以用天平测量。为了改变小车的质量，可以在小车中增减砝码的数量。
新知讲解
（2）加速度的测量
②方法2：将打点计时器的纸带连在小车上，根据纸带上打出的点来测量加速度。
①方法1：小车做初速度为0 的匀加速直线运动，直接测量小车移动的位移x和发生这段位移所用的时间t，由a= 计算出加速度a。
③方法3：让两个做初速度为0的匀加速直线运动的物体的运动时间t相等，那么由 a= 可知，它们的位移之比就等于加速度之比，即：
这样，测量加速度就转换成测量位移了。
新知讲解
（2）力的测量
现实中，仅受一个力作用的物体几乎不存在，所以实验中作用力F的含义可以是物体所受的合力。
那么，如何测小车所受合外力F合？
我们通过下面具体实验来说明。
新知讲解
实验设计1：用阻力补偿法探究加速度与力、质量的关系
1、实验器材：小车、打点计时器、纸带、一端带滑轮的长木板、细线、砝码、钩码、刻度尺、天平。
电源插头
新知讲解
2、实验步骤
（1）用天平测出小车的质量；
（2）按图装好实验器材，平衡摩擦力。
（3）控制小车质量不变，用细线将钩码与小车相连，打开打点计时器，释放小车，测出一组数据。
（4）保持小车上的砝码个数不变,改变钩码质量，并测量得F （钩码质量远小于小车质量），多测几组数据。
新知讲解
注意：只有在钩码质量远小于小车质量时，线的拉力近似等于钩码的重力。
（5）控制钩码质量不变，改变小车质量，再测几组数据填入表中。
（6）分析每条纸带，测量并计算出加速度的值；
（7）作a－F关系图象，并由图象确定a－F关系。
新知讲解
思考讨论：怎样平衡小车的摩擦力？
在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木板，反复移动薄木板的位置，直至小车在斜面上运动时以保持匀速运动状态，这样小车所受合力为零，平衡了小车的摩擦力。
小车受到的摩擦力恰好与小车所受的重力在斜面方向上的分力平衡。
新知讲解
4、进行实验
表1：小车质量一定
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.15
0.31
0.43
0.59
0.76
拉力F
加速度a
思考：如何更直观地处理数据？
以a为纵坐标、F为横坐标建立直角坐标系。根据各组实验数据在坐标纸上描点，观察图像。
新知讲解
F/N
这些点在一条过原点的直线附近，说明加速度a 与拉力F 成正比。
a/m·s-2
新知讲解
表2：小车所受的拉力一定
加速度a
质量m
质量
0.400
0.500
0.750
1.000
1.200
0.861
0.692
0.470
0.352
0.290
2.50
2.00
1.33
1.00
0.83
新知讲解
a/m·s-2
m
在相同拉力作用下，质量m越大，加速度a越小。
我们很难直观看出图线是否为双曲线，那么，怎样判断a 与 m 成不成反比呢？
如果a-m图像是双曲线，a 与 m 成反比，也就是a与 成正比。
新知讲解
如图的图线为过原点的直线，所以在相同拉力作用下a与 成正比,即：a 与 m 成反比。
注意事项
1．实验中应先接通电源后释放小车。
2．在平衡摩擦力时不要悬挂任何物体。
3．改变钩码的质量过程中，要始终保证钩码质量远小于小车质量时，线的拉力近似等于钩码的重力。
4．作图时应使所作的直线通过尽可能多的点，不在直线上的点也要尽可能的分布在直线的两侧，但若遇到个别偏离较远的点可舍去。
新知讲解
新知讲解
实验设计2：通过位移之比测量加速度之比
1、实验器材：两辆相同的小车、一端带滑轮的长木板、细线、小盘、夹子、不同的重物。
新知讲解
2、实验步骤
（1）将两辆相同的小车放在水平木板上，前端各系一条细线，线的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘中可以放不同的重物。
（2）把木板一端垫高，平衡摩擦力。
（3）控制小车质量不变，在两个小盘中放不同的重物，两小车后端各系一条细线，用夹子控制小车的动与停。
新知讲解
控制 m 不变，探究 a 与 F 的关系
（4）用刻度尺测出两小车移动的位移x1 、x2 。由于两小车运动时间t相同，从它们的位移之比就可以得出加速度之比。
x1
x2
F1
F2
新知讲解
（5）在盘中重物相同的情况下，通过增减小车中的重物改变小车的质量。
（6）作 与
关系图象，并由图象确定它们的关系。
x2 /x1
F2 / F1
新知讲解
次数 小车1 小车2 比 值
F1/N x1/cm F2/N x2/cm F1/F2 x1/x2
1 9.00 28.80 14.00 45.00 0.64 0.64
2 9.00 23.20 19.00 50.50 0.47 0.46
3 14.00 29.90 24.00 52.20 0.58 0.57
4 14.00 23.40 29.00 51.20 0.48 0.46
小车质量一定
新知讲解
x2 /x1
F2 / F1
实验结论：当小车的质量不变时，小车的加速度与拉力的关系是：在误差允许的范围内，小车的加速度与拉力成正比；
新知讲解
同理通过实验也可得出：在相同拉力作用下a与 成正比，即：a与m成反比。
新知讲解
科学方法
控制变量
控制变量的方法是指在研究和解决问题的过程中，对影响事物变化规律的独立因素加以人为控制，使其中只有一个因素按照特定的要求发生变化，而其他因素保持不变，以利于寻找事物发展变化的规律的方法。
本节在探究加速度与力、质量之间的关系时，就采用了控制变量的方法，它是科学研究中常用的一种方法。
课堂练习
1、在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中,备有下列器材：
A.电火花计时器；B.天平；C.停表；D.交流电源；E.电池；F.纸带；G.细绳、砝码、滑块；H.气垫导轨（一端带定滑轮）；I.毫米刻度尺；J.小型气泵。
（1）实验中应选用的器材有————————————————————————;
实验的研究对象是——————————————————。
（2）本实验分两大步骤进行:①————————————————————;
②——————————————————————。
A、B、D、F、G、H、I、J
放在气垫导轨上的滑块
研究a与F的关系（m一定）
研究a与m的关系（F一定）
课堂练习
2、某小组利用如图所示的实验装置做“探究加速度与力、物体质量关系”的实验。实验中平衡摩擦力后，他们还调节木板上定滑轮，使牵引小车的细线与木板平行，这样做的目的（ ）
A．避免小车在运动过程中发生抖动
B．使打点计时器在纸带上打出的点迹清晰
C．保证小车最终能够做匀速直线运动
D．使细线拉力等于小车受到的合力
小车
打点计时器
纸带
D
课堂练习
3、实验探究加速度与力、质量的定量关系，下列认识正确的是（ ）
A．F、m和a三个物理量都有直接测量的工具；
B．实验时为消除摩擦力对小车运动的影响，要将木板无滑轮的一端垫高，直到小车不挂重物时也能自己沿长木板运动起来；
C．实验时重物通过细绳拉小车的力要比重物的重力小；
D．根据实验数据，得到的F不变时的a-m图象是过原点的倾斜直线。
C
课堂练习
4、在研究物体的“加速度、作用力和质量”三个物理量的关系时，我们用实验研究了小车“在质量一定的情况下，加速度和作用力的关系”；又研究了“在作用力一定的情况下，加速度和质量之间的关系”。这种研究物理问题的科学方法是（ ）
A．建立理想模型的方法
B．控制变量法
C．等效替代法
D．类比法
B
拓展提高
1、“探究加速度与力、质量的关系”实验装置如图所示，为研究加速度a与力F之间的关系，下列说法正确的是（ ）
A．需保持盘和砝码质量不变；
B．需保持小车质量不变 ；
C．盘和砝码的重力一定与小车受到的拉力大小相等
D．处理数据时，作出a 1/F 图象能直观判断a与F之间的关系。
B
拓展提高
2、在实验“探究加速度与质量的关系时”，下列说法中正确的是（ ）
A．应改变拉力的大小 ；
B．每次改变小车质量时，必须重新平衡摩擦力 ；
C．为了直观判断二者之间的关系，应作出a-1/m 图象 ；
D．平衡摩擦力时，应将重物用细线通过定滑轮系在小车上。
C
课堂总结
1、实验目的：:定量分析a、F、m的关系。
2、实验方法：控制变量法
3、实验思路
（1）保持物体的质量不变，研究加速度与力的关系。
（2）保持物体受力不变，研究加速度与质量的关系。
4、作图时应使所作的直线通过尽可能多的点，不在直线上的点也要尽可能的分布在直线的两侧，但若遇到个别偏离较远的点可舍去。
板书设计
一、实验：探究加速度与力、质量的关系
1、实验目的：定量分析a、F、m的关系。
2、实验方法：控制变量法
3、实验思路
（1）保持物体的质量不变，测量不同力下的加速度。
（2）保持物体受力不变，测量不同质量下的加速度。
板书设计
二、实验设计方案
1、实验设计1：用阻力补偿法探究加速度与力、质量的关系
2、实验设计2：通过位移之比测量加速度之比
3、作图时应使所作的直线通过尽可能多的点，不在直线上的点也要尽可能的分布在直线的两侧，但若遇到个别偏离较远的点可舍去。
实验：探究加速度与力、质量的关系
新知导入
知识回顾
1、牛顿第一定律的内容是什么？
一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。
2、惯性与质量的关系是什么？
质量是惯性大小的唯一量度，质量越大惯性越大。
由前面的学习可见，力是改变物体运动状态的原因，质量大的物体运动状态不容易改变。这说明，加速度与力、质量之间必然存在一定的关系。
下面我们我们通过实验分别从两方面来探究加速度与力、质量之间的定量关系：
① 加速度与力的关系；② 加速度与质量的关系
新知导入
新知讲解
1、实验目的：定量分析a、F、m的关系。
2、实验方法：控制变量法
例如：在研究某个物理量y与另外两变量x1 、x2 的关系时，先固定一个变量x2 不变，研究y与另一个变量x1 之间的定量关系；然后再固定变量x1 不变，研究y与x2 之间的关系。
一、实验：探究加速度与力、质量的关系
新知讲解
3、实验思路
将小车置于水平木板上，通过滑轮与槽码相连。小车可以在槽码的牵引下运动。
新知讲解
（1）加速度与力的关系
保持物体的质量不变，测量不同力下的加速度，分析加速度与力的关系。
（2）加速度与质量的关系
保持物体受力不变，测量不同质量下的加速度，分析加速度与质量的关系。
新知讲解
4、物理量的测量
本实验需要测量的物理量有三个：物体的质量m、物体所受的作用力F和物体运动的加速度a。
（1）质量的测量
质量可以用天平测量。为了改变小车的质量，可以在小车中增减砝码的数量。
新知讲解
（2）加速度的测量
②方法2：将打点计时器的纸带连在小车上，根据纸带上打出的点来测量加速度。
①方法1：小车做初速度为0 的匀加速直线运动，直接测量小车移动的位移x和发生这段位移所用的时间t，由a= 计算出加速度a。
③方法3：让两个做初速度为0的匀加速直线运动的物体的运动时间t相等，那么由 a= 可知，它们的位移之比就等于加速度之比，即：
这样，测量加速度就转换成测量位移了。
新知讲解
（2）力的测量
现实中，仅受一个力作用的物体几乎不存在，所以实验中作用力F的含义可以是物体所受的合力。
那么，如何测小车所受合外力F合？
我们通过下面具体实验来说明。
新知讲解
实验设计1：用阻力补偿法探究加速度与力、质量的关系
1、实验器材：小车、打点计时器、纸带、一端带滑轮的长木板、细线、砝码、钩码、刻度尺、天平。
电源插头
新知讲解
2、实验步骤
（1）用天平测出小车的质量；
（2）按图装好实验器材，平衡摩擦力。
（3）控制小车质量不变，用细线将钩码与小车相连，打开打点计时器，释放小车，测出一组数据。
（4）保持小车上的砝码个数不变,改变钩码质量，并测量得F （钩码质量远小于小车质量），多测几组数据。
新知讲解
注意：只有在钩码质量远小于小车质量时，线的拉力近似等于钩码的重力。
（5）控制钩码质量不变，改变小车质量，再测几组数据填入表中。
（6）分析每条纸带，测量并计算出加速度的值；
（7）作a－F关系图象，并由图象确定a－F关系。
新知讲解
思考讨论：怎样平衡小车的摩擦力？
在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木板，反复移动薄木板的位置，直至小车在斜面上运动时以保持匀速运动状态，这样小车所受合力为零，平衡了小车的摩擦力。
小车受到的摩擦力恰好与小车所受的重力在斜面方向上的分力平衡。
新知讲解
4、进行实验
表1：小车质量一定
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.15
0.31
0.43
0.59
0.76
拉力F
加速度a
思考：如何更直观地处理数据？
以a为纵坐标、F为横坐标建立直角坐标系。根据各组实验数据在坐标纸上描点，观察图像。
新知讲解
F/N
这些点在一条过原点的直线附近，说明加速度a 与拉力F 成正比。
a/m·s-2
新知讲解
表2：小车所受的拉力一定
加速度a
质量m
质量
0.400
0.500
0.750
1.000
1.200
0.861
0.692
0.470
0.352
0.290
2.50
2.00
1.33
1.00
0.83
新知讲解
a/m·s-2
m
在相同拉力作用下，质量m越大，加速度a越小。
我们很难直观看出图线是否为双曲线，那么，怎样判断a 与 m 成不成反比呢？
如果a-m图像是双曲线，a 与 m 成反比，也就是a与 成正比。
新知讲解
如图的图线为过原点的直线，所以在相同拉力作用下a与 成正比,即：a 与 m 成反比。
注意事项
1．实验中应先接通电源后释放小车。
2．在平衡摩擦力时不要悬挂任何物体。
3．改变钩码的质量过程中，要始终保证钩码质量远小于小车质量时，线的拉力近似等于钩码的重力。
4．作图时应使所作的直线通过尽可能多的点，不在直线上的点也要尽可能的分布在直线的两侧，但若遇到个别偏离较远的点可舍去。
新知讲解
新知讲解
实验设计2：通过位移之比测量加速度之比
1、实验器材：两辆相同的小车、一端带滑轮的长木板、细线、小盘、夹子、不同的重物。
新知讲解
2、实验步骤
（1）将两辆相同的小车放在水平木板上，前端各系一条细线，线的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘中可以放不同的重物。
（2）把木板一端垫高，平衡摩擦力。
（3）控制小车质量不变，在两个小盘中放不同的重物，两小车后端各系一条细线，用夹子控制小车的动与停。
新知讲解
控制 m 不变，探究 a 与 F 的关系
（4）用刻度尺测出两小车移动的位移x1 、x2 。由于两小车运动时间t相同，从它们的位移之比就可以得出加速度之比。
x1
x2
F1
F2
新知讲解
（5）在盘中重物相同的情况下，通过增减小车中的重物改变小车的质量。
（6）作 与
关系图象，并由图象确定它们的关系。
x2 /x1
F2 / F1
新知讲解
次数 小车1 小车2 比 值
F1/N x1/cm F2/N x2/cm F1/F2 x1/x2
1 9.00 28.80 14.00 45.00 0.64 0.64
2 9.00 23.20 19.00 50.50 0.47 0.46
3 14.00 29.90 24.00 52.20 0.58 0.57
4 14.00 23.40 29.00 51.20 0.48 0.46
小车质量一定
新知讲解
x2 /x1
F2 / F1
实验结论：当小车的质量不变时，小车的加速度与拉力的关系是：在误差允许的范围内，小车的加速度与拉力成正比；
新知讲解
同理通过实验也可得出：在相同拉力作用下a与 成正比，即：a与m成反比。
新知讲解
科学方法
控制变量
控制变量的方法是指在研究和解决问题的过程中，对影响事物变化规律的独立因素加以人为控制，使其中只有一个因素按照特定的要求发生变化，而其他因素保持不变，以利于寻找事物发展变化的规律的方法。
本节在探究加速度与力、质量之间的关系时，就采用了控制变量的方法，它是科学研究中常用的一种方法。
课堂练习
1、在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中,备有下列器材：
A.电火花计时器；B.天平；C.停表；D.交流电源；E.电池；F.纸带；G.细绳、砝码、滑块；H.气垫导轨（一端带定滑轮）；I.毫米刻度尺；J.小型气泵。
（1）实验中应选用的器材有————————————————————————;
实验的研究对象是——————————————————。
（2）本实验分两大步骤进行:①————————————————————;
②——————————————————————。
A、B、D、F、G、H、I、J
放在气垫导轨上的滑块
研究a与F的关系（m一定）
研究a与m的关系（F一定）
课堂练习
2、某小组利用如图所示的实验装置做“探究加速度与力、物体质量关系”的实验。实验中平衡摩擦力后，他们还调节木板上定滑轮，使牵引小车的细线与木板平行，这样做的目的（ ）
A．避免小车在运动过程中发生抖动
B．使打点计时器在纸带上打出的点迹清晰
C．保证小车最终能够做匀速直线运动
D．使细线拉力等于小车受到的合力
小车
打点计时器
纸带
D
课堂练习
3、实验探究加速度与力、质量的定量关系，下列认识正确的是（ ）
A．F、m和a三个物理量都有直接测量的工具；
B．实验时为消除摩擦力对小车运动的影响，要将木板无滑轮的一端垫高，直到小车不挂重物时也能自己沿长木板运动起来；
C．实验时重物通过细绳拉小车的力要比重物的重力小；
D．根据实验数据，得到的F不变时的a-m图象是过原点的倾斜直线。
C
课堂练习
4、在研究物体的“加速度、作用力和质量”三个物理量的关系时，我们用实验研究了小车“在质量一定的情况下，加速度和作用力的关系”；又研究了“在作用力一定的情况下，加速度和质量之间的关系”。这种研究物理问题的科学方法是（ ）
A．建立理想模型的方法
B．控制变量法
C．等效替代法
D．类比法
B
拓展提高
1、“探究加速度与力、质量的关系”实验装置如图所示，为研究加速度a与力F之间的关系，下列说法正确的是（ ）
A．需保持盘和砝码质量不变；
B．需保持小车质量不变 ；
C．盘和砝码的重力一定与小车受到的拉力大小相等
D．处理数据时，作出a 1/F 图象能直观判断a与F之间的关系。
B
拓展提高
2、在实验“探究加速度与质量的关系时”，下列说法中正确的是（ ）
A．应改变拉力的大小 ；
B．每次改变小车质量时，必须重新平衡摩擦力 ；
C．为了直观判断二者之间的关系，应作出a-1/m 图象 ；
D．平衡摩擦力时，应将重物用细线通过定滑轮系在小车上。
C
课堂总结
1、实验目的：:定量分析a、F、m的关系。
2、实验方法：控制变量法
3、实验思路
（1）保持物体的质量不变，研究加速度与力的关系。
（2）保持物体受力不变，研究加速度与质量的关系。
4、作图时应使所作的直线通过尽可能多的点，不在直线上的点也要尽可能的分布在直线的两侧，但若遇到个别偏离较远的点可舍去。
板书设计
一、实验：探究加速度与力、质量的关系
1、实验目的：定量分析a、F、m的关系。
2、实验方法：控制变量法
3、实验思路
（1）保持物体的质量不变，测量不同力下的加速度。
（2）保持物体受力不变，测量不同质量下的加速度。
板书设计
二、实验设计方案
1、实验设计1：用阻力补偿法探究加速度与力、质量的关系
2、实验设计2：通过位移之比测量加速度之比
3、作图时应使所作的直线通过尽可能多的点，不在直线上的点也要尽可能的分布在直线的两侧，但若遇到个别偏离较远的点可舍去。