【教师整理】高中物理（人教版）必修一：第四章 第二节 实验：探究加速度与力、质量的关系（共22张PPT）

课件22张PPT。第四章 第二节 实验：探究加速度与力、质量
的关系
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　　图21-1所示是超市中常用的手推车．我们要用同样大小的力推动它，空车时容易还是装满货物的时候容易？由此，我们能得出什么结论呢？
图21-1
　　在水平面上用大小不同的力去推动同一辆小车，用力大，则小车运动的距离就大；用力小，则小车运动的距离就小．那么物体被加速与什么因素有关呢？我们又能得出什么结论呢？　　基础梳理　　知识精析
　　一、控制变量法
　　1．加速度是表示物体运动状态变化快慢的物理量．根据事实经验，加速度与物体的质量有关．物体受力一定时，质量越小，加速度就越大．加速度还与物体受力的大小有关，物体质量一定时，受力越大，其加速度越大．
　　2．控制变量法：加速度a和质量m、受力F都有关系．研究它们之间的关系时，先保持质量不变，测量物体在不同的力的作用下的加速度，分析加速度与力的关系，再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，分析加速度与质量的关系．这种先控制一个参量不变，研究其余参量之间变化关系的方法叫控制变量法　　三、平衡摩擦力的目的和方法
　　1．目的：实验中小车要受到摩擦阻力的作用，增加了实验的难度．垫高水平木板不带滑轮的一端，使小车自身重力沿斜面的分力平衡摩擦力，这样小车所受拉力即为合力，提高了实验成功率．
　　2．方法：不挂托盘，使小车拖着纸带，纸带通过打点计时器，并且使打点计时器处于工作状态，逐渐调节木板的倾角，使打下的纸带点间距相等，则说明小车做匀速直线运动，即平衡了摩擦力．　　四、实验注意事项
　　1．平衡摩擦力时不要挂重物，整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变盘和砝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砝码的质量远大于小盘和砝码的总质量．只有如此，砝码和小盘的总重力才可视为与小车受到的拉力相等．
　　3．各纸带上的加速度a，都应是该纸带上的平均加速度．
　　4．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．
　　5．小车应靠近打点计时器且先接通电源再放手．　　五、误差分析
　　1．质量的测量误差、纸带上打点计时器打点间隔距离的测量误差，拉线或纸带不与木板平行等都会造成误差．
　　2．因实验原理不完善造成误差：本实验中用小盘及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及砝码的总重力)，存在系统误差．小盘及砝码的总质量越接近小车的质量，误差就越大；反之，小盘及砝码的总质量越小于小车的质量，误差就越小．
　　3．平衡摩擦力不准造成误差：在平衡摩擦力时，除了不挂小盘外，其他的都跟正式实验一样(比如要挂好纸带、接通打点计时器)，匀速运动的标志是打点计时器打出的纸带上点的距离相等．　　方法指导
　　一、探究加速度与质量的关系
　　例1　某同学在实验中保持拉力不变，得到了小车加速度随质量变化的一组数据，如下表所示．请你在图21－2甲方格纸中建立合适坐标系并画出能直观反映出加速度与质量关系的图线．
　　
　 　图21-2甲
　　解析　先确定坐标的含意，再按表格数据描点，最后把各点连成直线．　　二、探究加速度与力的关系
　　在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，若测得某一物体M一定时，a与F的关系的有关数据资料如下表.
　　(1)根据表中数据，画出a－F图象．
　 (2)从图象可以判定：当M一定时，a与F的关系为______．
　　若a与F成正比，图象应是一条过原点的直线．同时因实验中不可避免地出现误差，描出的点不在一条直线上是很正常的，连线时应使直线过尽量多的点，不在直线上的点应大致对称分布在直线两侧，离直线较远的点应视为错误数据，不予考虑．　　(1)a－F图象如图所示．
　　
　　(2)由图象可知a与F成正比关系．
　　答案　(1)如图所示　(2)正比关系
　　点评　因为a与F成正比，所以尽量把图线画成通过原点，直线的斜率表示物体质量的倒数．　　变式训练1
　　某同学在做“探究加速度与力、质量的关系”的实验时，画出了如图21－3甲所示的三条图线，这三条图线表示实验中的________不同．
　　
　 　 图21-3甲　　解析　如图21－3乙所示，过F轴上的某一点作一条平行于a轴的直线，与三条图线有三个交点，可以看出三个交点对应的纵坐标a的值不同，a的值越小，运动状态越难改变，惯性越大，质量也就越大，可见三条图线对应实验中物体的质量不同，且斜率越小的，质量越大．
　　
　　图21-3乙
　　答案　小车的质量　　三、实验误差分析
　　例3　用图21－4甲所示的装置研究质量一定时加速度与作用力的关系．研究的对象是放在长木板上的小车，小车的质量为M，长木板是水平放置的．小车前端拴着细轻绳，跨过定滑轮，下面吊着沙桶．实验中认为细绳对小车的作用力F等于沙和桶的总重力mg.用改变沙的质量的办法来改变小车的作用力F，用打点计时器测出小车的加速度a，得出若干组F和a的数据．然后根据测得的数据作出a－F 图线．
　　
　　图21-4
　　一学生作出图21-4乙所示的图线，发现横轴上的截距OA较大，明显地超出了偶然误差的范围，这是由于在实验中没有进行下面的步骤，即　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　.
　　解析　细绳对小车的拉力F达到一定的数值前，小车仍静止，表示木板的摩擦力不能忽略，同时也表明该同学做实验时，没有给实验装置平衡摩擦力．
　　答案　给实验装置平衡摩擦力　　变式训练2
　　如果此学生根据测得的数据作出的a－F图线如图21－5所示，则：
　　
　　图21-5
　　 (1)实验中出现误差的原因是什么？
　　 答：___________________________________________
___________________________________.　　(2)应该怎样处理这种情况？
　　 答：____________________________________________
____________________________________.
　　解析　当力F为零时，加速度不为零，就说明当力为零时，小车仍在长木板上向下加速，其原因就是平衡摩擦力时长木板倾角过大，使得小车的重力沿斜面向下的分力大于小车所受滑动摩擦力，所以应重新调整木板，平衡摩擦力．
　　答案　(1)平衡摩擦力时，长木板的倾角过大
　　(2)减小长木板的倾角，重新平衡摩擦力　　四、实验注意事项
　　例4　在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，当作用力一定时(悬挂的重物或沙桶重力不变)，探索加速度与质量的关系时，下列说法正确的是(　　)
　　A．平衡摩擦力时，应将装沙的小桶用细绳通过定滑轮系在小车上
　　B．每次改变小车质量时，不需要重新平衡摩擦力
　　C．实验时，先放开小车，再接通打点计时器的电源
　　D．小车运动的加速度可用天平测出小车的质量M和沙及沙桶的质量m，直接用公式 求出　　解析　在平衡摩擦力时，不应将装沙的小桶通过定滑轮连在小车上，而是在木板后端垫上适应厚度的薄片，再观察小车能在木板上带着纸带匀速下滑即可，故选项A错误，B正确；操作时应先接通打点计时器的电源再放开小车，故选项C错误；牛顿第二定律是本实验要达到的目标，不能把它作为理论根据来计算加速度，其加速度只能从纸带提供的数据计算得出，故选项D错误．
　　答案　B　　互动平台
　　育才老师教你探索问题
　　在《新课程标准》中，科学探究是同学们重要的学习目标，对科学探究能力的要求大致表现在以下几个方面：
　　(1)提出问题
　　能从日常生活、自然现象或实验观察中发现与物理学有关的问题，并能表述这些问题，树立发现问题比解决问题更重要的观念．
　　(2)猜想与假设
　　根据经验和已有的知识对问题的成因提出猜想；对探究方向和可能出现的实验结果进行推测与假设．
　　(3)制定计划与设计实验
　　明确探究目的和已有条件，能设计实验过程并选择所需器材；尝试影响问题的主要因素，有控制变量的初步意识．　　(4)进行实验与收集证据
　　能通过实验和观察收集证据，通过信息资源收集资料，尝试评估有关数据、资料的科学性；能按说明正确使用简单的仪器，具有安全操作的意识．
　　(5)分析与论证
　　能初步描述实验数据或有关信息，能对收集的信息进行简单的比较，能进行因果推理，能对探究结果进行描述和解释．
　　(6)评估
　　有评估探究过程和结果的意识，注意假设与探究结果间的差异，注意探究过程中未解决的矛盾及发现的新问题，进一步改进探究方案，树立吸收经验教训的意识．
　　(7)交流与合作
　　能写出探究报告且能准确表达自己的观点和意识，有团队精神，合作中既注意坚持原则又尊重他人，能思考别人的意见，改进自己的探究方案．