4.2实验：探究加速度与力、质量的关系--高中物理人教版（2019）必修第一册(共21张PPT)

(共21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
思考：物体运动状态变化的快慢和什么有关？
1、质量
2、受力
例如：空载汽车从静止加速到100 km/h，只需十几秒的时间，而满载的货车加速就慢的多。
例如：竞赛用的小汽车，质量不很大，却安装着强大的发动机，可以获得很大的加速度。
猜想：物体的加速度与力、质量有什么定量关系？
控制变量法
“a”与“F”、“m” 二个物理量均有关系，应该从何处入手呢？
实验的探究思路确定为两个方面：
一是保证质量不变，探究加速度与外力的关系；
二是保证外力不变，探究加速度与质量的关系。
研究方法
实 验 探 究
思考：质量、力与加速度分别如何测量？
质 量 —天平
恒 力 —— ？
加速度 —— ？
方案一 利用小车木板
以小车、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、天平为器材，研究小车运动。
实验方案讨论
从打点计时器打出的纸带计算出小车的加速度a
砝码的总重力G当作小车受到的拉力F
用天平测出小车的质量m
思考：小车在运动方向上受几个力的作用？
细绳对小车的拉力等于小车所受的合力吗？
思考：如何平衡摩擦力？
例1.如图一个木块正在倾角为θ为的三角斜面上匀速下滑，试求斜面的动摩擦因数和θ的关系。
思考：如果物体的质量变化是否还需要再次平衡摩擦力？
N
Gcosθ
Gsinθ
G
θ
θ
N
Ff
所以：
思考：如果此时给物体加上一个沿斜面向下的力F，那物体现在受到的合外力是多少？
θ
N
θ
F
改进后的实验装置图：
纸带
○○
打点计时器
电源
砝码
□
小车
把木板一端垫高，平衡小车受到的摩擦力
思考：绳子的拉力等于钩码(或者沙桶）的重力吗？为什么？
不等于！因为钩码向下加速，所以绳子的拉力小于钩码的重力。
思考：什么情况下钩码（或者沙桶）重力可以近似等于绳子拉力，即小车所受的合外力？
当钩码（或者沙桶）质量比小车质量小得多时，绳子的拉力近似等于砝码的重力，即小车受到合外力近似等于砝码的重力。
1.用天平测出小车的质量。
2.摆放好实验装置，平衡摩擦力。
3.把细线系在小车上并绕过滑轮悬挂钩码，将车拉到打点计时器附近。
4.打开打点计时器电源，再释放小车，得到纸带，并在纸带上计下钩码重量。
5.改变钩码的重量，重复以上的步骤2-3多次。
6.控制钩码质量不变，改变小车质量，再测几组数据。
7.设计表格，记录实验数据。
实验步骤
保持物体的质量不变，测量物体在不同的力作用下的加速度，分析加速度与力的关系：
实验次数 加速度ɑ ( ) 小车受力F(N)
1
2
3
4
5
数据处理
图表法
实验次数 加速度ɑ （ ） 小车的总质量m（kg）
1
2
3
4
5
保持物体所受的力相同，测量不同质量的物体在该力作用下的加速度
F
a
O
结论：a∝F
数据处理——图像法
研究加速度a与质量m的关系如图所示，因为a-m图像是曲线，检查a-m图像是不是双曲线，就能判断它们之间是不是反比例关系，但检查这条曲线是不是双曲线，相当困难．
a
0
m
图像处理技巧
a
O
m
m
1
若a和m成反比，则a与 必成正比，我们采取“化曲为直”的方法以a为纵坐标，以 为横坐标，作出 图像，若图像是一条直线，说明a与 成正比，即a与m成反比.
结论： a∝
方案二：
由于两小同时启动、同时停止，故运动时间相同
比较法
转化为测位移
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光电门
数字计时器
方案三：利用气垫导轨
光电门1
光电门2
挡光板
Δ x
x t
利用气垫导轨来探究加速度与力、质量的关系
小 结
探究加速度与力、质量的关系
1.研究方法：
2.数据处理方法：
3.结论：
控制变量法
图像法
a∝F a∝