物理人教版（2019）必修第一册4.2实验：探究加速度与力、质量的关系（共22张ppt）

(共22张PPT)
实验：探究加速度与力、质量的关系
物理观念：理解实验思路的合理性，以及用图象处理实验数据的有效性。
科学思维：经历实验的操作和测量过程，以及通过图象处理实验数据的过程，体验如何平衡摩擦阻力、减少系统误差的操作方法。
科学探究：体通过探究实验，培养实事求是、尊重客观规律的科学态度。
科学态度与责任：通过探究激发学生的求知欲和创新精神。
重点：(1)控制变量法的使用。
(2)如何提出实验方案并使实验方案合理可行。
(3)实验数据的分析与处理。
难点：(1)如何提出实验方案并使实验方案合理可行。
(2)实验数据的分析与处理。
牛顿第一定律：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。
(1)力是产生加速度的原因
(2)惯性只与质量有关，质量越大运动状态越难改变。
加速度与力的关系
加速度与质量的关系
这说明，加速度与力、质量之间必然存在一定的关系。今天，我们来探究加速度与力、质量之间的定量关系。
1.实验目的
2.实验设计
加速度a与力F的关系
加速度a与质量m的关系
保持m不变，研究a与F的关系
3.怎么测量
控制变量法
m—
F—
天平
物体所受的合力
（实验条件设计）
4.数据分析、结论
a—
保持F不变，研究a与m的关系
纸带法、
比值法
一、实验思路
粗糙斜木板上，用悬吊小重物的方法为小车提供拉力, 通过改变增减悬吊物的质量就可改变小车受到的拉力.
如何为物体提供一个恒定的合力？又如何测出这个合力呢？
(一)恒定合力的条件设定
方案一：用打点计时器“探究加速度与力、质量的关系”
Gx
FN
f
G
①平衡摩擦力：
为了使小车受到的合力=悬挂物的重力，必须满足下列三个条件
将木板一端垫高，使重力的分力Gx与摩擦力f 平衡抵消。
②只有当悬吊物的质量比小车的质量小得多时，小车所受拉力才近似等于悬吊物的重力。
(注：此条件以后再分析)
③牵引小车的细线与斜木板平行
方案一：用打点计时器“探究加速度与力、质量的关系”
(二)进行实验
(1)用天平测量小盘和砝码的质量m′和小车的质量m。
(2)把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细绳系在小车上(即不给小车牵引力)。
(3)在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块，使小车能匀速下滑。
1.探究加速度与合力的关系
(4)小盘通过细绳绕过定滑轮系于小车上，先接通电源后放开小车，断开电源，取下纸带编号码。
(5)保持小车的质量m不变，改变小盘和钩码的质量m′，重复步骤(4)。
(6)在每条纸带上选取一段比较理想的部分，测加速度a。将相关数据及时填入表中。
表1　小车质量一定
方案一：用打点计时器“探究加速度与力、质量的关系”
2.探究加速度与质量的关系
(7)小盘通过细绳绕过定滑轮系于小车上，先接通电源后放开小车，断开电源，取下纸带编号码。
(8)在步骤(4)的基础上，保持小盘中钩码的数量不变，改变小车的质量，重复步骤（4）。
(9)在每条纸带上选取一段比较理想的部分，测加速度a，并记录数据。
表2　小车所受的拉力一定
方案一：用打点计时器“探究加速度与力、质量的关系”
(三)数据处理与结论
1.分析a~F关系
绘制a-F图像。
若这些点大致在同一条直线上，故可以判断在质量一定时，物体的加速度与其所受的合外力成正比。
F/N
F/N
方案一：用打点计时器“探究加速度与力、质量的关系”
2.分析a~m关系
绘制a-m图像
若画出如图所示的图象，说明加速度的大小随质量的增大而减小。但这时仅从图像上不能判断加速度就一定与质量成反比，因为也有可能是其他的函数关系，如二次函数，摆线。
方案一：用打点计时器“探究加速度与力、质量的关系”
结论
在物体的质量一定时，加速度的大小与合外力的大小成正比。
在物体所受的合外力一定时，加速度的大小与此物体的质量成反比。
绘制 图像
要验证加速度是否与质量成反比，可绘制
图像，若描出的点在同一直线上，则a与 成正比，即a与m成反比；要验证加速度是否与质量的平方成反比，则可绘制 图像，若描出的点在同一直线上，则a与 成正比，即a与m2成反比。
2
2
方案一：用打点计时器“探究加速度与力、质量的关系”
【例1】 某实验小组利用如图所示的装置探究加速度与力、质量的关系。
(1)下列做法正确的是_______(填字母代号)。
A. 调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行
AD
C. 实验时，先放开木块再接通打点计时器的电源
D. 通过增减木块上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度
B. 在调节长木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩
擦力时，将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上
(2)当木块(及木块上的砝码)的质量M与小桶(包括桶内砝码)的质量m的大小关系满足_______时，才可以认为细绳对木块的拉力大小等于桶及桶中砝码的重力。
(3)如右图是甲、乙两同学根据实验数据画出的图像。形成图线
甲的原因是______________。形成图线乙的原因是_______________。
m<平衡摩擦力过度
平衡摩擦力不足
方案一：用打点计时器“探究加速度与力、质量的关系”
【例2】 为验证小车质量m车不变时，a与F成正比，下列对小车的质量m车、盘与砝码的质量m的选择中，最好的是(　　)
A．m车＝500 g，m分别为50 g、70 g、100 g、125 g
B．m车＝500 g，m分别为20 g、30 g、40 g、50 g
C．m车＝200 g，m分别为50 g、70 g、100 g、125 g
D．m车＝200 g，m分别为30 g、40 g、50 g、60 g
　实验中必须满足小车的质量远大于盘和砝码的总质量，故选B。
B
解析：
答案：
方案一：用打点计时器“探究加速度与力、质量的关系”
【例3】小何用如图所示装置探究加速度a与质量m的关系。在保持小车受力F相同的情况下，测得不同质量对应的加速度。小何同学为了运用这些数据得到实验结论，作出的图像应该是以下四幅中的(　　)
　 当合力F不变时，a与m成反比，a与1/m成正比，D正确，A错误；a- m图像是双曲线，不易直接反映出相应的物理规律，故应作出a-1/m关系图像，C错误；题干要求F不变，不可能得出 a-F图像是经过坐标原点的直线，B错误。
D
解析：
答案：
方案一：用打点计时器“探究加速度与力、质量的关系”
由初速度为0的匀加速直线运动满足关系式 ，可知运动时间相同时，加速度与位移成正比，即 ，由位移之比即可算出加速度之比。如图所示，通过抬起和按下黑板擦，使两小车运动相同的时间，这样还避免了秒表计时的误差，通过测量两小车的位移并计算其位移之比就可以得出加速度之比。
为了使小车受到的合力=悬吊物的重力，参考方案一
方案二：用比值法探究加速度与力、质量的关系
1.加速度a与力F的关系
使两小车质量相等，所挂槽码的个数不同，可认为拉力与槽码的重力相等，所以小车所受的拉力也不同。测得两小车的位移之比即为加速度之比，再与两小车所受的拉力之比进行比较，得出加速度与拉力的定量关系。
2.加速度a与质量m的关系
使两小车质量不同，所挂槽码的个数相同，则小车所受的拉力也相同。测得两小车的位移之比即为加速度之比，再与两小车的质量之比进行比较，得出加速度与小车质量的定量关系。
方案二：用比值法探究加速度与力、质量的关系
1．某组同学用如图所示装置研究在小车质量不变的情况下，小车的加速度与小车受到力的关系。下列措施中不需要或不正确的是(　　)
A．首先要补偿阻力，使小车受到的合力就是细绳对小车的拉力
B．小车的质量要远大于塑料桶和桶内砝码的质量
　 实验首先要补偿阻力，使小车受到的合力就是细绳对小车的拉力，A正确；实验中，要保证塑料桶和桶内砝码的总质量远小于小车的质量，这样才可认为塑料桶和桶内砝码的总重力近似等于细绳对小车的拉力，B正确；实验中通过在塑料桶中增加砝码来改变小车受到的拉力，C正确；每次改变小车受到的拉力，即改变塑料桶和桶内砝码的总重力后，不需要重新补偿阻力，D错误。
　D
C．实验中可以通过在塑料桶中增加砝码来改变小车受到的拉力
D．每次改变小车受到的拉力后都需要重新补偿阻力
解析：
答案：
2．在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，为了消除打点计时器和木板对小车阻力的影响，关于该操作环节，下列四种装置图中正确的是(　　)
　 本实验要依靠小车重力沿斜面的分力来补偿小车受到的阻力，故应在有打点计时器的一端垫上一块木块，当纸带上所打的点迹分布均匀时，说明小车做匀速直线运动，已经补偿了阻力，C、D错误；在补偿阻力时，不能挂重物，A错误，B正确。
　B
解析：
答案：
A．甲和乙同学较好地把握了实验条件M远大于m
B．丙和丁同学没有把握好实验条件M远大于m
C．甲同学长木板的倾角太小，而乙同学长木板的倾角太大
D．甲、乙、丙三同学中，丙较好地完成了补偿阻力的操作
3．(多选)四位同学在探究加速度与物体质量和合外力的关系的实验时，分别得出如图甲、乙、丙、丁四条图线，其中图甲、乙、丙是a- F图线，图丁是 图线(设小车和车上砝码的质量之和为M，砂及砂桶的总质量为m)，则下列说法中正确的是(　　)
M
　 因为图线甲、乙、丙都是直线，说明满足小车和车上砝码质量之和M远远大于砂及砂桶的总质量m，故A正确，B错误；图线丙经过坐标原点，说明阻力补偿得比较到位，甲图中，当a＝0时，F>0，即小车的加速度为0时，有牵引力，说明实验时遗漏了补偿阻力或阻力补偿不足，即甲同学长木板的倾角太小，乙图中，a- F图像在a轴上有截距，说明长木板的倾角太大，阻力补偿过度，故C、D正确。
ACD
解析：
答案：