4.2实验：探究加速度与力、质量的关系课件 (共24张PPT) 高一上学期物理人教版（2019）必修第一册

(共24张PPT)
4.2 实验：
探究加速度与力、质量的关系
动力学的奠基者 英国科学家牛顿(1643-1727)
问题2：根据牛顿第一定律，物体运动状态改变的原因是什么？
问题1：什么是物体运动状态的改变？
力是改变物体运动状态的原因
力
运动状态改变
速度变化
加速度
力是产生加速度的原因
问题3：物体运动状态改变的难易程度如何量度
质量大的物体运动状态难改变，即惯性大。
质量是物体惯性大小的量度。
导入
猜想1：加速度的大小与力有什么关系？
猜想2：加速度的大小与质量有什么关系？
物体受力相同时，质量越大，加速度越小
对同一物体，受力越大，加速度越大
加速度
与力和质量有关
定量关系
加速度取决于哪些因素呢？

导入
1.理解加速度大小与力有关，也与质量有关。
2.通过实验探究加速度与力和质量的关系。(重点)
3.理解控制变量法。
4.学会用图像处理实验数据。(难点)
m一定， a与F成正比；
F一定， a与m成反比
猜想与假设
实验验证
思考：如何设计实验
事实是不是这样呢？
2023/10/26
5
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。
一、研究方法
实 验 探 究
明确几个问题:
2.如何由实验得出结论
1.怎么设计这个实验
1.测量哪些量
2.怎么测量
数据处理：
m不变时，a与F关系；
F不变时，a与m关系。
a、F、m
m：
a:
F:
天平
求出物体所
受的合力
2023/10/26
7
方案一：小车、打点计时器、交流电源、纸带、长木板、细线、砝码、钩码、刻度尺、天平，研究小 车运动。从打点计时器打出的纸带计算出小车的加速度a。
砝码　
小车　
打点计时器　
纸带　
实验方案
实验原理:用打点计时器探究
小车:
打点计时器:测量小车运动过程中的加速度
钩码:重力提供拉力
研究对象,可用天平称其质量
合力F=
G
FN
F
f
9
3.小车在运动时要受到摩擦力，如何克服摩擦力呢？
砝码重力近似等于绳子拉力，用以表示小车受到的合外力F。
G
G1
FN
f
G1平衡摩擦力f。
G2
实验步骤:
1.用天平测出小车的质量。
2.安装好实验装置，在小车上装好纸带，纸带另一端穿
过打点计时器限位孔，调整木板倾斜程度，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。改变钩码质量，多测几组数据。
4.控制钩码质量不变，改变小车质量，再测几组数据。
2023/10/26
11
结合实验装置，请讨论：
1.怎样改变和测量小车的质量？
通过增减砝码的个数改变研究对象的质量，用天平称出总质量。
2.小车和砝码受到的外力是由什么提供的？怎样改变和测量外力的大小？
外力是由钩码重力提供的；通过增减钩码的多少来改变质量，通过天平测出质量，利用G=mg计算力的大小。
3.怎样从纸带记录的数据算出被研究对象的加速度？
在纸带上标记出几个计数点，利用△x=aT2计算加速度。为保证结果的准确性，可多选几个计数点，采用逐差法计算加速度。
保持物体（小车）质量一定
实验次数 F/N a/
1
2 0.4 1.2
3 0.5 1.5
4 0.6 1.86
5 0.8 2.4
探究加速度与力的关系
实验结论：当物体质量一定时，加速度与合外力成正比。
当拉力不变时 次数 m/kg a/m ·s -2
1
2
3
4
5
/kg -1
2.50
2.00
1.33
1.00
0.83
m
1
探究加速度与质量的关系
实验结论：当物体所受合外力一定时，加速度与质量成反比。
实验结论：
m一定时，a∝F
F一定时，a∝1/m
2023/10/26
15
当物体质量一定时，加速度与合外力成正比。
当物体所受合外力一定时，加速度与质量成反比。
【误差分析和注意事项】
1.平衡摩擦力不准造成误差
平衡摩擦力的结果是调出合适的斜面,使小车的重力沿斜面方向的分力正好平衡小车受到的摩擦阻力。平衡摩擦力时不要挂小盘,而且平衡了摩擦力后,不管以后是改变小盘和重物的质量还是改变小车的质量,都不需要重新平衡摩擦力。
摩擦力平衡的标志：轻推小车，
小车做匀速直线运动。
2.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.只有如此,小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力。
练一练
1、关于“探究加速度与力、质量的关系”实验，下列说法中正确的是( )
A. 本实验采用的方法是控制变量法
B. 探究加速度与质量的关系时，应该改变拉力的大小
C. 探究加速度与力的关系时，作a F图象应该用线段依次将各点连接起来
D. 探究加速度与质量的关系时，为了直观判断二者间的关系，应作出a M图象
A
2、在探究加速度与物体所受合外力和质量间的关系时，采用如图所示的实验装置，小车及车中的砝码的总质量用M表示，盘及盘中的砝码的总质量用m表示，小车的加速度可由小车后拖动的纸带上的由打点计时器打出的点计算得出．
(1)当M与m的大小关系满足________时，才可以认为细线对小车的拉力大小等于盘和盘中砝码的重力．
(2)一组同学在保持盘及盘中的砝码质量一定的情况下，探究加速度与小车质量的关系．以下做法正确的是(　　)
A．平衡摩擦力时，应将盘及盘中的砝码用细线绕过定滑轮系在小车上
B．每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力
C．实验时，先放开小车，再接通打点计时器电源
D．用天平测出m和M，之后可直接用公式a＝求出小车运动的加速度
1、保持物体的质量不变，物体所受的外力越大，物体的加速度越大；物体的加速度与物体所受的外力成正比．
2、保持物体所受的外力不变，物体的质量越大，加速度越小；物体的加速度与物体的质量成反比．
课堂小结
1.在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，关
于平衡摩擦力的说法中正确的是( )
A.“平衡摩擦力”的本质就是让小车受到的摩擦力为零
B.“平衡摩擦力”的本质就是使小车所受的重力沿斜面
方向的分力与所受到的摩擦阻力相平衡
C.“平衡摩擦力”的目的就是要使小车所受的合力等于
所挂砝码通过细绳和滑轮对小车施加的拉力
D.“平衡摩擦力”是否成功，可根据小车拖动的由打点
计时器打出的纸带上的点迹间距是否均匀来确定
BCD
检测反馈
2、某组同学实验得出数据，画出a F图如图所示，那么该组同学实验中出现的问题可能是( )
A. 实验中平衡摩擦力时长木板垫起的角度太小
B. 实验中平衡摩擦力时长木板垫起的角度太大
C. 实验中绳子拉力方向没有跟平板平行
D. 实验中不满足“砂桶和砂的总质量远小于小车质量”的条件
B
3.如图所示是根据探究加速度与力的关系的实验
数据描绘的a-F图像,下列说法正确的是( )
A.三条倾斜直线所对应的小车与
砝码的质量相同
B.三条倾斜直线所对应的小车与
砝码的质量不同
C.直线1所对应的小车与砝码的质量最大
D.直线3所对应的小车与砝码的质量最大
BD