5.2 科学探究：加速度与力、质量的关系 课件 (共23张PPT) 高一物理鲁科版必修第一册

(共23张PPT)
第五章 牛顿运动定律
科学探究：加速度与力、质量的关系
能通过实验数据及图像得出加速度与力、质量的关系。
学会用控制变量法探索物理规律。
会测量加速度、力和质量的大小，能作出物体运动的a－F、a－图像。
重点
难点
重点
2
3
1
新课导入
力是改变物体运动状态的原因
F合=0
运动状态不变
速度不变
a=0
F合≠0
运动状态改变
速度改变
a≠0
力是使物体产生加速度的原因
一切物体都具有惯性
质量是惯性大小的唯一量度
F合相同，质量小的速度变化快
质量相同，F合大的速度变化快
加速度是表示速度变化快慢的物理量
加速度与力和质量必定存在着某种联系。
新课导入
日常生活中，我们常见到如图所示情境：
可能存在以下关系：在m一定时，a与F成正比；
由此我们可以得出加速度与力和质量可能存在什么关系？
◆相同推力下，若汽车是空车，则比满载时速度改变快。
◆若帮忙推车的人越多，推力越大，车的速度改变就越快；
车的质量m不变，推力F越大，车的加速度a越大。
推力F不变，车的质量m越小，车的加速度a越大。
在F一定时，a与m成反比。
实验探究：加速度与力、质量的关系
一、实验器材
带定滑轮的木板、薄垫块、小车、细绳、重物(小钩码或沙桶等)、 、纸带、交流电源、 、砝码、 。
打点计时器
天平
刻度尺
二、实验原理与设计
1.本实验运用 ，分别探究加速度与受力大小、加速度与质量的关系。(实验装置如图所示)
2.实验中，通过 打出的纸带测量小车的加速度a。 通过细绳给小车施加外力F。
实验装置示意图
控制变量法
打点计时器
重物
3.(1)若保持小车质量m不变，通过 的方式改变作用于小车的拉力F，测出小车相应的加速度a，则可得a与F的关系。
(2)若保持拉力F不变，通过在 的方式改变小车的质量m，测出相应的加速度a，则可得a与m的关系。
实验装置示意图
增减重物
小车上增减砝码
三、实验步骤
1.将小车置于带有定滑轮的木板上，将纸带穿过打点计时器后挂在小车尾部。
2.用薄垫块将木板一端垫高，调整其倾斜程度，直至小车运动时打点计时器在纸带上打出的点分布 为止。
均匀
4.将小车靠近打点计时器后开启打点计时器，稍后再将小车由静止释放。打点计时器在纸带上打出一系列点，据此计算出小车的加速度。保持小车质量不变，增加重物的质量
(重物总质量仍远小于小车质量)，
重复实验，将小车所受的不同拉
力与相应计算出的加速度记下来。
3.在细绳一端挂上重物，另一端通过定滑轮系在小车前端。注意重物质量应 小车质量。
远小于
5.保持重物不变，增加或减少小车上的砝码以改变小车的质量，重复实验，将小车的质量与相应的加速度记录下来。
四、数据分析
1.小车质量m一定时，将所受拉力F与相应加速度a的实验数据填入表1中。
结论：在小车质量m一定时，加速度a与所受合力F成正比。
2.拉力F一定时，将小车质量m与相应加速度a的实验数据填入表2中。
结论：在小车所受合力F一定时，加速度a与质量m成反比。
五、实验结论
分析数据及图像，你得到的结论是：
(1)对同一物体，当m不变时，a与F的关系是二者成 。
(2)对不同物体，当F不变时，a与m的关系是二者成 。
正比
反比
因为在实验中，摩擦力大小不可计算，平衡摩擦力后，小车所受合力才为绳子的拉力。
实验中为什么要将木板一端垫高来平衡摩擦力？
1.(2022·北京市房山区高一期末)如图所示为某同学“探究在外力一定的条件下，物体的加速度与其质量的关系”的实验装置示意图。
(1)下面列出了一些实验器材：电磁打点
计时器、纸带、带滑轮的长木板、垫板、
小车和砝码、沙和沙桶、天平(附砝码)。
除以上器材外，还需要的有_____；
A.秒表 B.刻度尺 C.交变电源 D.直流电源
BC
(2)本实验采用的科学方法是______；
A.理想实验法 B.控制变量法 C.建立物理模型法
B
(3)实验中，需要平衡打点计时器对小车的阻力及其他阻力；小车放在长木板上，后面固定一条纸带，纸带穿过打点计时器，把长木板不带滑轮的一端垫高，调节长木板的倾斜度，使小车在不受绳的拉力时能拖动纸带沿长木板做__________运动；
匀速直线
(4)实验时，某小组同学由于疏忽，遗漏了平衡摩擦力这一步骤，他得到的a－F图像可能是图中的____(选填“①”“②”或“③”)图线。
③
(5)某小组在实验时，保持沙和沙桶质量不变，改变小车质量m，分别记录小车加速度a与其质量m的数据，在分析处理数据时，该组同学产生分歧：甲同学认为根据实验数据可以作出小车加速度a与其质量m的图像，如图甲，然后由图像直接得出a与m成反比。乙同学认为应该继续验证a与其质量的倒数 是否成正比，并作出小车加速度a与其质量的倒数 的图像，如图乙所示。你认为同学_______(选填“甲”或“乙”)的方案更合理。
乙
2.(2023·广东中山市期末)某同学用图甲所示的实验装置探究小车的加速度a与质量m的关系，打点计时器所用交变电流的频率为50 Hz。
(1)把木板的一侧垫高，调节木板的倾斜程度，使小车在不受牵引时能拖动纸带匀速运动，这样做的目的是____________。
平衡摩擦力
(2)图乙是某次实验得到的纸带，两计数点间有四个打出的点未画出，部分实验数据在图中已标注，则纸带的_____(填“左”或“右”)端与小车相连，小车加速度是______ m/s2。
左
0.51
(3)保持小车所受的拉力不变，改变小车质量m，分别测得不同质量时小车加速度a的数据如表所示。请在图丙中作出a－ 图像。根据a－ 图像可以得到的实验结论是________________________________________。
在拉力不变时，小车的加速度与质量成反比
次数 1 2 3 4
加速度a/(m·s－2) 0.600 0.482 0.307 0.152
质量倒数 /kg－1 4.00 3.00 2.00 1.00
3.(2023·福建福州市高一期末)在“探究加速度与物体受力的关系”活动中，某小组设计了如图所示的实验。图中上下两层水平轨道表面光滑，两完全相同的小车前端系上细线，细线跨过滑轮并分别挂上装有不同质量砝码的盘，两小车尾部细线水平连到控制装置上，实验时通过控制细线使两小车同时由静止开始运动，然后同时停止。实验中，
(1)应使砝码和砝码盘的总质量远______(填“大于”或“小于”)小车的质量，这时可认为小车受到合力的大小等于砝码和砝码盘的总重力。
小于
(2)若测得小车Ⅰ、小车Ⅱ在相同时间内的位移分别为x1和x2，则小车Ⅰ、小车Ⅱ的加速度之比a1∶a2 ＝_______。
x1∶x2
科学探究：加速度与力、质量的关系
控制变量法
在m一定时，验证a与F的关系
在F一定时，验证a与m的关系
实验器材
实验原理与设计
实验步骤
数据分析
实验结论
测m、F、a
平衡摩擦力
m一定，改变F
F一定，改变m
钩码质量远小于小车质量
a－F、a－图像
在m一定时，a与F成正比
在F一定时，a与m成反比