4.2.实验：探究加速度与力、质量的关系 高中物理 人教版 必修一(共33张PPT)
文档属性
| 名称 | 4.2.实验：探究加速度与力、质量的关系 高中物理 人教版 必修一(共33张PPT) |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 29.6MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2023-05-22 08:29:24 | ||
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文档简介
(共33张PPT)
人教版 第四章 运动和力的关系
2 实验：探究加速度与力、质量的关系
教学目标
CONTENT
01
02
03
04
经历实验的操作和测量过程，以及通过图像处理实验数据的过程
理解实验思路的合理性，以及用图像处理实验数据的有效性
理解探究加速度与力、质量关系的合理性和必要性
体会整个探究过程的科学严谨和合理性
实验引入
物体的a与物体的合外力F、m有关
力使物体的运动状态发生变化
惯性：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态
物体的速度大小或方向发生变化
加速度a
惯性与质量有关，质量越大惯性越大，运动状态越难改变
加速度a
F1m
F1
m
F2
猜测：a∝F ？
讨论1:加速度的大小与力有什么关系？
结论：对同一物体，受力越大，加速度越大
实验猜想
m1
F
m2
F
讨论2: 加速度的大小与质量有什么关系？
m1猜测：a∝1/m ？
结论：物体受力相同时，质量越小，加速度越大
定量分析a、F、m的关系
实验目的
当m一定时，研究a与F的关系
当F一定时，研究a与m的关系
实验方法：控制变量法
打点计时器，纸带及复写纸，小车，一端附有滑轮的长木板，小盘和砝码，细绳，低压交流电源，导线，天平，刻度尺
实验器材
实验探究
加速度与力的关系
操作方法 保持小车质量不变，通过改变砝码的个数，从而改变小车所受的拉力
一、实验思路
所受合力 小车的拉力近似等于砝码及砝码盘的重力
数据分析 测得不同拉力下小车的加速度，分析并得出加速度与力之间的定量关系
探究加速度与力、质量的关系
视频操作
m 一定时，a ∝ F
F一定时，a ∝ 1/m
实验视频
受力平衡
木板调高
满足条件
平衡摩擦力
当M ≥m时，可近似认为小车所受的拉力F等于mg
加速度与质量的关系
操作方法 保持砝码质量不变，通过改变小车的质量，从而改变小车的加速度
所受合力 小车的拉力近似等于砝码及砝码盘的重力，合力不变
数据分析 测得不同质量下小车的加速度，分析并得出加速度与质量之间的定量关系
测量三个物理量
质量测量
利用天平；改变砝码个数
二、物理量的测量
加速度测量
x=位移和时间，可以得出加速度
x=a纸带，分析得出加速度
相同时间内，物体做初速度等于零的匀加速直线运动，根据x=，得出=
合力测量通过平衡摩擦力，得出砝码及砝码盘的重力近似等于小车的合力
用天平测出小车和重物的质量，并把数值记录下来
No1
按图所示将实验器材安装好(小车上不系绳)
No2
平衡摩擦力：在木板无滑轮的一端下面垫一薄木板，反复移动其位置，直到打点计时器正常工作后不挂重物的小车在斜面上做匀速直线运动为止(纸带上相邻点间距相等)
No3
三、进行实验
将重物通过细绳系在小车上，接通电源放开小车，用纸带记录小车的运动情况；取下纸带并在纸带上标上号码及此时所挂重物的重力
No4
保持小车的质量不变，改变所挂重物的重力，重复步骤4，多做几次实验，每次小车从同一位置释放，并记录好重物的重力，以及计算出相应纸带的加速度填入表格1
No5
表1 小车质量一定
表2 小车拉力一定
拉力F
加速度a
质量m
加速度a
列表记录
图像分析
四、数据分析
拉力F 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
加速度a 0.142 0.302 0.428 0.592 0.751
数据记录
结论：M一定时，a∝F
图像分析对比
质量m 0.400 0.500 0.750 1.000 1.200
加速度a 0.861 0.692 0.470 0.352 0.290
数据记录
结论：F一定时， a∝1/m
m 一定时，a ∝ F
F一定时，a ∝ 1/m
F/ N
a/m·s -2
0.15
0.30
0.45
0.60
0.75
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
1/m (kg -1)
a/m·s -2
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
实验结论
在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细线系在小车上，即不要给小车加任何牵引力，并要让小车拖着打点的纸带运动
平衡摩擦力
改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，再放开小车，且应在小车到达滑轮前按住小车
打点计时器
作图象时，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，可舍去不予考虑
作图规则
每条纸带必须在满足小车与车上所加砝码的总质量远大于小盘和砝码的总质量的条件下打出．只有如此，小车受到的拉力才可视为等于小盘和砝码的总重力
质量关系
注意事项
误差来源
1．测量误差： （1）质量的测量
（2）打点间隔距离的测量
2．操作误差：
（1）拉线或纸带不与木板平行
（2）倾斜角度不当，平衡摩擦力不准
3．原理误差：本实验中用小盘和砝码的总重力代替小车受到的拉力(实际上小车受到的拉力要小于小盘和砝码的总重力)，存在系统误差
实验原理：以小车、一端带有定滑轮的长木板、细线、砝码、刻度尺、天平、夹子为实验器材，研究小车的运动，利用两小车位移之比就等于加速度之比来研究加速度与力和质量的关系
注意：只有当盘和砝码的质量要比小车的质量小得多时，小车所受拉力才近似等于盘和砝码的总重力
参考方案
1、控制m不变，探究a与F的关系
在相同的时间内，两小车移动的距离分别为：
测量出
2、控制F不变，探究a与m的关系
1、某同学用如图1所示的实验装置验证牛顿第二定律．
（1）本实验应用的实验方法是 __________
A．控制变量法 B．假设法 C．理想实验法 D．等效替代法
（2）（多选题）为了验证加速度与合外力成正比，
实验中必须做到 __________
A．实验前要平衡摩擦力
B．每次都必须从相同位置释放小车
C．拉小车的细绳必须保持与轨道平行
D．拉力改变后必须重新平衡摩擦力
跟踪练习
A
AC
（3）图2为某次实验得到的纸带，纸带上相邻的两计数点间有四个点未画出，则小车的加速度大小为a= ________ m/s2（结果保留两位有效数字）
0.64
（4）在验证“质量一定，加速度a与合外力F的关系”时，某学生根据实验数据作出了如图3所示的a-F图像，其中图线不过原点并在末端发生了弯曲，产生这种现象的原因可能有 _________
BD
A.在平衡摩擦力时，木板一端垫起的高度偏大
B.在平衡摩擦力时，木板一端垫起的高度偏小
C.盘和重物的总质量m远小于车和砝码的总质量M
D.盘和重物的总质量m不远小于车和砝码的总质量M
2、用如图甲所示的装置“探究加速度与力、质量的关系”。请回答下列问题：
（1）实验时，为平衡摩擦力，以下操作正确的是____________
A．连着砂桶，适当调整木板右端的高度，
直到小车被轻推后沿木板匀速运动
B．取下砂桶，适当调整木板右端的高度，
直到小车被轻推后沿木板匀速运动
C．取下砂桶，适当调整木板右端的高度，
直到小车缓慢沿木板做直线运动
B
（2）图乙是实验中得到的一条纸带，已知相邻计数点间还有四个点未画出，打点计时器所用电源频率为50Hz，由此可求出小 车的加速度a=________m/s2（计算结果保留三位有效数字）
1.60
（3）一组同学在保持木板水平时，研究小车质量一定的情况下加速度a与合外力F的关系，得到如图丙中①所示的a-F图线。则小车运动时受到的摩擦力f=_______N；小车质量M=_______kg。若该小组正确完成了步骤（1），得到的a—F图线应该是图丙中的______（填“②”、“③”或“④”）。
0.10
0.20
②
定量分析a、F、m的关系
m一定时：
a与f成正比
F一定时：
a与m的倒数成正比
注意每一步做什么、怎么做、为什么这么做
实验探究
实验原理
数据处理
实验步骤
当m一定时，研究a与F的关系
当F一定时，研究a与m的关系
知识总结
测
当堂测试
在“探究加速度与力、质量的关系”实验中：
（1）为了“探究加速度与质量”的关系，应保持
不变，为了直观地判断加速度a与质量m的数量关系，应作_________图像（选填“a-m ”或者“a-1/m ”）；
小车受到的合外力
测试1
a-1/m
测试1
（2）某同学采用了如图所示的实验装置，为了使实验中能将砝码和砝码盘的总重力当作小车受到的合外力，必须采用的有（ ）
A、保证小车下面的长木板水平放置
B、将小车下面的长木板右端适当垫高以平衡摩擦力
C、使小车质量远远大于砝码和砝码盘的总质量
D、使小车质量远远小于砝码和砝码盘的总质量
BC
测试1
（3）已知打点计时器使用的交流电频率为50Hz，每相邻两个计数点间还有4个点未画出，利用图中给出的数据，求出小车运动的加速度a=____________（结果保留三位有效数字）
1.58m/s2
测试2
在“探究加速度与力、质量的关系”实验中：
（1）下面的说法中正确的是（ ）
A．平衡摩擦力时，吊盘应用细线通过定滑轮系在车上，但吊盘内不能放砝码
B．实验中应始终保持小车和砝码的质量远大于砝码和盘的总质量
C．实验中若用纵坐标表示加速度，用横坐标表示小车和车内砝码的总质量，
描出相应的点在一条直线上，即可证明加速度与质量成反比
D．平衡摩擦力时，若不考虑纸带对小车的拉力，则不需在小车后面连接纸带，
且实验中不需再平衡摩擦力
BD
测试2
（2）如图所示是实验中打点计时器打出的记录小车做匀加速直线运动的一条纸带的一部分。打点计时器使用的交流电频率为50Hz，在纸带上选定标有A~F六个记数点，相邻两个记数点之间还有四个点图上没有画出。纸带旁边有一根最小刻度为毫米的刻度尺测量记数点间的距离，刻度尺的零刻度线跟“A”记数点对齐。（小数点后保留两位小数）
①由图可读出记数点“B”与“C”之间的距离为_________cm；
②打下记数点“B”时小车运动的速度为_________m/s；
③小车的加速度为__________m/s2。
2.00
0.16
0.8
人教版 第四章 运动和力的关系
2 实验：探究加速度与力、质量的关系
教学目标
CONTENT
01
02
03
04
经历实验的操作和测量过程，以及通过图像处理实验数据的过程
理解实验思路的合理性，以及用图像处理实验数据的有效性
理解探究加速度与力、质量关系的合理性和必要性
体会整个探究过程的科学严谨和合理性
实验引入
物体的a与物体的合外力F、m有关
力使物体的运动状态发生变化
惯性：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态
物体的速度大小或方向发生变化
加速度a
惯性与质量有关，质量越大惯性越大，运动状态越难改变
加速度a
F1
F1
m
F2
猜测：a∝F ？
讨论1:加速度的大小与力有什么关系？
结论：对同一物体，受力越大，加速度越大
实验猜想
m1
F
m2
F
讨论2: 加速度的大小与质量有什么关系？
m1
结论：物体受力相同时，质量越小，加速度越大
定量分析a、F、m的关系
实验目的
当m一定时，研究a与F的关系
当F一定时，研究a与m的关系
实验方法：控制变量法
打点计时器，纸带及复写纸，小车，一端附有滑轮的长木板，小盘和砝码，细绳，低压交流电源，导线，天平，刻度尺
实验器材
实验探究
加速度与力的关系
操作方法 保持小车质量不变，通过改变砝码的个数，从而改变小车所受的拉力
一、实验思路
所受合力 小车的拉力近似等于砝码及砝码盘的重力
数据分析 测得不同拉力下小车的加速度，分析并得出加速度与力之间的定量关系
探究加速度与力、质量的关系
视频操作
m 一定时，a ∝ F
F一定时，a ∝ 1/m
实验视频
受力平衡
木板调高
满足条件
平衡摩擦力
当M ≥m时，可近似认为小车所受的拉力F等于mg
加速度与质量的关系
操作方法 保持砝码质量不变，通过改变小车的质量，从而改变小车的加速度
所受合力 小车的拉力近似等于砝码及砝码盘的重力，合力不变
数据分析 测得不同质量下小车的加速度，分析并得出加速度与质量之间的定量关系
测量三个物理量
质量测量
利用天平；改变砝码个数
二、物理量的测量
加速度测量
x=位移和时间，可以得出加速度
x=a纸带，分析得出加速度
相同时间内，物体做初速度等于零的匀加速直线运动，根据x=，得出=
合力测量通过平衡摩擦力，得出砝码及砝码盘的重力近似等于小车的合力
用天平测出小车和重物的质量，并把数值记录下来
No1
按图所示将实验器材安装好(小车上不系绳)
No2
平衡摩擦力：在木板无滑轮的一端下面垫一薄木板，反复移动其位置，直到打点计时器正常工作后不挂重物的小车在斜面上做匀速直线运动为止(纸带上相邻点间距相等)
No3
三、进行实验
将重物通过细绳系在小车上，接通电源放开小车，用纸带记录小车的运动情况；取下纸带并在纸带上标上号码及此时所挂重物的重力
No4
保持小车的质量不变，改变所挂重物的重力，重复步骤4，多做几次实验，每次小车从同一位置释放，并记录好重物的重力，以及计算出相应纸带的加速度填入表格1
No5
表1 小车质量一定
表2 小车拉力一定
拉力F
加速度a
质量m
加速度a
列表记录
图像分析
四、数据分析
拉力F 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
加速度a 0.142 0.302 0.428 0.592 0.751
数据记录
结论：M一定时，a∝F
图像分析对比
质量m 0.400 0.500 0.750 1.000 1.200
加速度a 0.861 0.692 0.470 0.352 0.290
数据记录
结论：F一定时， a∝1/m
m 一定时，a ∝ F
F一定时，a ∝ 1/m
F/ N
a/m·s -2
0.15
0.30
0.45
0.60
0.75
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
1/m (kg -1)
a/m·s -2
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
实验结论
在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细线系在小车上，即不要给小车加任何牵引力，并要让小车拖着打点的纸带运动
平衡摩擦力
改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，再放开小车，且应在小车到达滑轮前按住小车
打点计时器
作图象时，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，可舍去不予考虑
作图规则
每条纸带必须在满足小车与车上所加砝码的总质量远大于小盘和砝码的总质量的条件下打出．只有如此，小车受到的拉力才可视为等于小盘和砝码的总重力
质量关系
注意事项
误差来源
1．测量误差： （1）质量的测量
（2）打点间隔距离的测量
2．操作误差：
（1）拉线或纸带不与木板平行
（2）倾斜角度不当，平衡摩擦力不准
3．原理误差：本实验中用小盘和砝码的总重力代替小车受到的拉力(实际上小车受到的拉力要小于小盘和砝码的总重力)，存在系统误差
实验原理：以小车、一端带有定滑轮的长木板、细线、砝码、刻度尺、天平、夹子为实验器材，研究小车的运动，利用两小车位移之比就等于加速度之比来研究加速度与力和质量的关系
注意：只有当盘和砝码的质量要比小车的质量小得多时，小车所受拉力才近似等于盘和砝码的总重力
参考方案
1、控制m不变，探究a与F的关系
在相同的时间内，两小车移动的距离分别为：
测量出
2、控制F不变，探究a与m的关系
1、某同学用如图1所示的实验装置验证牛顿第二定律．
（1）本实验应用的实验方法是 __________
A．控制变量法 B．假设法 C．理想实验法 D．等效替代法
（2）（多选题）为了验证加速度与合外力成正比，
实验中必须做到 __________
A．实验前要平衡摩擦力
B．每次都必须从相同位置释放小车
C．拉小车的细绳必须保持与轨道平行
D．拉力改变后必须重新平衡摩擦力
跟踪练习
A
AC
（3）图2为某次实验得到的纸带，纸带上相邻的两计数点间有四个点未画出，则小车的加速度大小为a= ________ m/s2（结果保留两位有效数字）
0.64
（4）在验证“质量一定，加速度a与合外力F的关系”时，某学生根据实验数据作出了如图3所示的a-F图像，其中图线不过原点并在末端发生了弯曲，产生这种现象的原因可能有 _________
BD
A.在平衡摩擦力时，木板一端垫起的高度偏大
B.在平衡摩擦力时，木板一端垫起的高度偏小
C.盘和重物的总质量m远小于车和砝码的总质量M
D.盘和重物的总质量m不远小于车和砝码的总质量M
2、用如图甲所示的装置“探究加速度与力、质量的关系”。请回答下列问题：
（1）实验时，为平衡摩擦力，以下操作正确的是____________
A．连着砂桶，适当调整木板右端的高度，
直到小车被轻推后沿木板匀速运动
B．取下砂桶，适当调整木板右端的高度，
直到小车被轻推后沿木板匀速运动
C．取下砂桶，适当调整木板右端的高度，
直到小车缓慢沿木板做直线运动
B
（2）图乙是实验中得到的一条纸带，已知相邻计数点间还有四个点未画出，打点计时器所用电源频率为50Hz，由此可求出小 车的加速度a=________m/s2（计算结果保留三位有效数字）
1.60
（3）一组同学在保持木板水平时，研究小车质量一定的情况下加速度a与合外力F的关系，得到如图丙中①所示的a-F图线。则小车运动时受到的摩擦力f=_______N；小车质量M=_______kg。若该小组正确完成了步骤（1），得到的a—F图线应该是图丙中的______（填“②”、“③”或“④”）。
0.10
0.20
②
定量分析a、F、m的关系
m一定时：
a与f成正比
F一定时：
a与m的倒数成正比
注意每一步做什么、怎么做、为什么这么做
实验探究
实验原理
数据处理
实验步骤
当m一定时，研究a与F的关系
当F一定时，研究a与m的关系
知识总结
测
当堂测试
在“探究加速度与力、质量的关系”实验中：
（1）为了“探究加速度与质量”的关系，应保持
不变，为了直观地判断加速度a与质量m的数量关系，应作_________图像（选填“a-m ”或者“a-1/m ”）；
小车受到的合外力
测试1
a-1/m
测试1
（2）某同学采用了如图所示的实验装置，为了使实验中能将砝码和砝码盘的总重力当作小车受到的合外力，必须采用的有（ ）
A、保证小车下面的长木板水平放置
B、将小车下面的长木板右端适当垫高以平衡摩擦力
C、使小车质量远远大于砝码和砝码盘的总质量
D、使小车质量远远小于砝码和砝码盘的总质量
BC
测试1
（3）已知打点计时器使用的交流电频率为50Hz，每相邻两个计数点间还有4个点未画出，利用图中给出的数据，求出小车运动的加速度a=____________（结果保留三位有效数字）
1.58m/s2
测试2
在“探究加速度与力、质量的关系”实验中：
（1）下面的说法中正确的是（ ）
A．平衡摩擦力时，吊盘应用细线通过定滑轮系在车上，但吊盘内不能放砝码
B．实验中应始终保持小车和砝码的质量远大于砝码和盘的总质量
C．实验中若用纵坐标表示加速度，用横坐标表示小车和车内砝码的总质量，
描出相应的点在一条直线上，即可证明加速度与质量成反比
D．平衡摩擦力时，若不考虑纸带对小车的拉力，则不需在小车后面连接纸带，
且实验中不需再平衡摩擦力
BD
测试2
（2）如图所示是实验中打点计时器打出的记录小车做匀加速直线运动的一条纸带的一部分。打点计时器使用的交流电频率为50Hz，在纸带上选定标有A~F六个记数点，相邻两个记数点之间还有四个点图上没有画出。纸带旁边有一根最小刻度为毫米的刻度尺测量记数点间的距离，刻度尺的零刻度线跟“A”记数点对齐。（小数点后保留两位小数）
①由图可读出记数点“B”与“C”之间的距离为_________cm；
②打下记数点“B”时小车运动的速度为_________m/s；
③小车的加速度为__________m/s2。
2.00
0.16
0.8