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29张ppt）

(共29张PPT)
牛顿第一定律
知识回顾
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。
揭示力与运动的关系
——力是改变物体运动状态原因
力是产生加速度的原因
4.2 探究加速度与力、质量的关系
一、基本问题
1.实验要说明什么问题
3.如何由实验得出结论
2.怎么设计这个实验
a与F关系
a与m关系
测量哪些量
怎么测量
数据处理--图像
控制变量法
a、F、m
m --
a --
F --
天平
打点计时器
物体所受的合力
4.2探究加速度与力、质量的关系
二、关键问题
1.实验的装置是怎样的？
F
Ff
Mg
FN
2.实验中我们需要使小车做匀加速直线运动，所以必须要使绳拉小车的力成为小车受到的合力，否则还要计算滑动摩擦力，使问题复杂化，那么怎样抵消摩擦力的影响呢？
F
Ff
Mg
FN
2.实验中我们需要使小车做匀加速直线运动，所以必须要使绳拉小车的力成为小车受到的合力，否则还要计算滑动摩擦力，使问题复杂化，那么怎样抵消摩擦力的影响呢？
平衡摩擦力
Mgcosθ
Mgsinθ
FN
Ff
G
FN
Ff
Mg
θ
F
3.实验中我们如何检验是否恰好平衡摩擦力？
将小车放在长木板上，轻轻一推，通过纸带上打出的点间距是否均匀判断小车是否恰好平衡摩擦力。
注意：检验时要在小车后挂上纸带但不要在小车上挂上装砝码的小盘。
Mgcosθ
FN
Ff
Mg
θ
Mgsinθ
Mgsinθ=μMgcosθ
M’gsinθ=μM’gcosθ
4.实验中恰好平衡摩擦力后，当在下一组的实验中改变小车的质量M得到多组a、M的实验数据时，是否需要重新平衡摩擦力？
5.实验中恰好平衡摩擦力后，可以保证小车的合外力是由绳的拉力提供的。小盘与小车一起共同做匀加速运动，显然绳的拉力是小于小盘和砝码总的重力，那么实验中为什么可以认为小盘和砝码的总重力是近似等于绳的拉力的？
a
m<三、探究过程
1.探究加速度与合力的关系
实验基本思路：保持小车的质量不变，测量小车在不同作用下的加速度，分析加速度与合力的关系。
做实验 、得数据、填表格一、作图象、进行分析、形成结论
怎样改变合力？
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
当小车质量不变时 次数 F/N a/m ·s -2
1
2
3
4
5
0.10 0.146
0.20 0.302
0.30 0.428
0.40 0.592
0.50 0.751
如何更直观地处理数据？
2.探究加速度与质量的关系
实验基本思路：保持小车所受合力相同，测量不同质量的小车在该力下的加速度，分析加速度与质量的关系。
做实验 、得数据、填表格二、作图象、交流分析、形成结论
怎样改变小车的质量？
三、探究过程
m/ kg
a/m·s -2
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
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
/kg -1
m
1
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
0.400 0.861
0.500 0.692
0.750 0.470
1.000 0.352
1.200 0.290
四、实验步骤
1.称量质量：用天平测量小盘的质量m和小车的质量M。
2.安装器材：按照实验装置图将器材安装好，但不把悬挂小盘的细绳系在小车上。
3.平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木板，使小车匀速下滑。
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，取下纸带编号码。
5.保持小车的质量M不变，改变砝码和小盘的质量m,重复步骤4。
6.保持砝码和小盘的质量m不变，改变小车的质量M，重复步骤4和6.
分别作 , 图像.
a
F
O
a
1/M
O
五、数据处理
a
F
O
a
F
O
平衡摩擦力过度
未平衡摩擦力
或平衡摩擦力不够
五、数据处理
六、注意事项
1.平衡摩擦力：
（1）平衡摩擦力时，不要悬挂小盘，但小车应连着纸带且接通电源。
（2）平衡摩擦力后，不管以后是改变小盘和砝码的总质量还是改变小车和砝码的总质量，都不需要重新平衡摩擦力。
2.实验条件：M>>m,只有如此，小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力。
3.一先一后一靠近：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，后放开小车。
七、误差分析
1.系统误差：
本实验用小盘和砝码的总重力mg代替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力。小盘和砝码的总质量越小于小车的质量，由此引起的误差就越小。
2.摩擦力平衡不准确、质量测量不准确、计数点间距离测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行等都会引起误差。
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
图象法
a∝F a∝1/m
方案二：
比较法
方案二：以小车、一端带滑轮的长木板、粗线、砝码、钩码、天平、刻度尺、宽口夹子为实验器材，研究小车的运动。
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。
1.怎样测量（或比较）物体的加速度？
2.怎样提供和测量物体所受的拉力F ？
1、控制m相同，探讨加速度a与F的关系
实验方案原理：如图所示
x1
x2
F1
F2
F1, F2，在相同的时间内:
x1= a1t2
x2 = a2t2
a1/ a2=x1/x2
测量出x1 、x2
2、控制F相同，探讨加速度a与m的关系
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
小车质量M= g,小车上砝码质量m= g,小盘质量M’= g 次数 小车1 小车2
1
2
3
4
5
位移x1/cm
位移x2/cm
(M’+m’2)（g） (表示F2大小)
盘中砝码m’2（g）
300 0 10
50
20
30
40
60
盘中砝码m’1（g）
(M’+m’1)（g） (表示F1大小)
70
F2 / F1
x2 /x1
0
次数
1
2
3
4
x2
x1
F2
F1
F
a
a1
a2
为什么x2 /x1可以表示小车2的a？
为什么F2 / F1可以表示小车2的F
思考：
小车质量M= g,小盘质量M’= g,盘中砝码质量m’= g 次数 小车1 小车2
1
2
3
4
5
(M+m1)
(M+m2)
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
300 6 50
车上砝码m1（g）
位移x1/cm
100
50
150
200
250
车上砝码 m2（g）
位移x2/cm
小车1质量M1
小车2质量M2
300
x2 /x1
0
次数
1
2
3
4
M2 / M1
x2
x1
M2
M1
M1 / M2
M1
M2
a
m
1
a1
a2
同学们
再见！
谢谢指导