2015-2016学年高一物理人教版必修1配套课件：第四章 第2讲 实验：探究加速度与力、质量的关系（38张PPT）

课件38张PPT。第四章——牛顿运动定律第2讲　实验：探究加速度与力、质量的关系目标定位　
1.学会用“控制变量法”探究加速度与力、质量的定量关系.
2.会用图象表示加速度与质量、加速度与力之间的关系.预习导学 梳理·识记·点拨 1.实验器材：小车、砝码、小桶、砂、细绳、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、 、纸带、 、
_____.
2.实验原理：实验的基本思路——控制变量法
(1)保持研究对象即小车的 不变，改变小桶内砂的质量，即改变 ，测出小车的对应加速度，验证加速度是否与作用力成正比.交流电源刻度尺天平质量作用力(2)保持小桶中砂的质量不变，即保持 不变，改变研究对象即小车的 ，测出小车的对应加速度，验证加速度是否与质量成反比.作用力质量想一想：
实验中小车的加速度怎样得到？
答案　通过打点计时器打出的纸带，利用逐差法计算出小车
的加速度.课堂讲义 理解·深化·探究一、实验方案的设计
1.三个物理量的测量方法——近似法
本实验的研究对象：放在“光滑”“水平面”上的小车 (装置如图1所示).图1(1)小车质量的测量：利用天平测出，在小车上增减砝码可改变小车的质量.
(2)拉力的测量：当小桶和砂的质量远小于小车质量的情况下，可以认为小桶和砂的重力近似等于小车所受的拉力(合外力).
(3)加速度的测量：由纸带根据公式Δx＝aT2，结合逐差法计算出小车的加速度.2.实验数据的处理方法——图象法、“化曲为直”法
(1)研究加速度a和力F的关系
以加速度a为纵坐标，力F为横坐标，根据
测量数据描点，然后作出图象，如图2所示，
若图象是一条通过原点的直线，就能说明a与
F成正比.图2(2)研究加速度a与质量m的关系
如图3所示，因为a－m图象是曲线，检查a－m图象是不是双曲线，就能判断它们之间是不是反比例关系，但检查这条曲线是不是双曲线,相当困难.若a和m成反比,则a与 必成正比.图3二、实验步骤
1.用天平测出小车的质量M，并把数值记录下来.
2.按如图4所示的装置把实验器材安装好(小车上先不系绳).图43.平衡摩擦力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫一木块，反复移动木块位置，直到轻推小车在斜面上运动时可保持匀速直线运动为止(纸带上相邻点间距相等).
4.在小桶里放入适量的砂，用细绳绕过定滑轮系在小车上，在小车上加放适量的砝码，用天平测出小桶和砂的质量m，记录下来.接通电源，放开小车，待打点计时器在纸带上打好点后取下纸带，并设计表格如下.5.保持小车的质量不变，改变砂和小桶的质量，按步骤4做6次实验.
6.在每条纸带上选取一段比较理想的部分，算出每条纸带对应的加速度的值，填入表格中.
7.用纵坐标表示加速度，横坐标表示作用力，根据实验结果画出小车运动的a－F图象，从而得出a、F之间的关系.8.保持砂和小桶的质量不变，在小车上加放砝码，重复上面的实验，求出相应的加速度，并设计表格如下.根据实验结果画出小车运动的9.整理实验器材，结束实验.三、注意事项
1.打点前小车应靠近打点计时器且应先接通电源后释放小车.
2.在平衡摩擦力时，不要悬挂小桶，但小车应连着纸带且接通电源.用手轻轻地给小车一个初速度，如果在纸带上打出的点的间隔均匀，表明小车受到的阻力跟它受到的重力沿斜面向下的分力平衡.3.改变砂的质量的过程中，要始终保证砂和小桶的质量远小于小车的质量.
4.作图时应使所作的直线通过尽可能多的点，不在直线上的点也要尽可能的对称分布在直线的两侧，但若遇到个别偏离较远的点可舍去.例1 　用如图5所示的装置研究在作用力F一定时，小车的加速度a与小车质量M的关系，某位同学设计的实验步骤如下：图5A.用天平称出小车和小桶及内部所装砂子的质量；
B.按图装好实验器材；
C.把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂小桶；
D.将电磁打点计时器接在12 V电压的蓄电池上；
E.先放开小车，再接通电源，打点计时器在纸带上打下一系列点，并在纸带上标明小车质量；F.保持小桶及其中砂子的质量不变，增加小车上的砝码个数，并记录每次增加后的M值，重复上述实验；
G.分析每条纸带，测量并计算出加速度的值；
H.作a－M关系图象，并由图象确定a、M之间的关系.
(1)该同学漏掉的重要实验步骤是________，该步骤应排在________步实验之后.(2)在上述步骤中，有错误的是________、________，应修改为__________________.
(3)在上述步骤中，处理不恰当的是________，应把________改为________.解析　实验中把小桶及其中砂子的重力看做与小车所受拉力大小相等，没有考虑摩擦力，故必须平衡摩擦力.电磁打点计时器接在12 V电压的蓄电池上将无法工作，必须接在6 V以下交流电压的学生电源上.实验时，应先接通电源，再放开小车.作a－M关系图象，得到的是双曲线，很难作出正确的判断，必须“化曲为直”，改作a－ 关系图象.答案　(1)平衡摩擦力　B　
答案　(2)D、E　D将“12 V电压的蓄电池”改为“6 V以下交流电压的学生电源”　E将“先放开小车，再接通电源”改为“先接通电源，再放开小车”借题发挥　平衡摩擦力的方法：将不带定滑轮的一端适当垫高，在不挂小桶的情况下，使小车带动纸带(打点计时器打点时)沿长木板恰好做匀速直线运动.目的：使小桶和砂子的重力等于小车受到的合力.例2 　“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图6甲所示.图6(1)当小车(包括车中砝码)的质量M与砝码及盘的质量m的大小关系满足______时，才可以认为绳对小车的拉力大小等于桶及桶中砝码的重力.
解析　探究加速度与力、质量的关系的实验中，要保证m?M，才能保证绳子的拉力约等于m的重力；m?M(2)在平衡小车与桌面之间摩擦力的过程中，打出了一条纸带如图乙所示.打点计时器打点的时间间隔为0.02 s.从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，量出相邻计数点之间的距离.该小车的加速度大小a＝____m/s2.(结果保留两位有效数字)解析　计数点时间间隔T＝0.1 s，间距x1＝3.52 cm.x2＝3.68 cm，x3＝3.83 cm.答案　0.16(3)图7是甲、乙两同学根据实验数据画出的图象.图7形成图线甲的原因是______________________________.
形成图线乙的原因是______________________________.解析　图线甲，F＝0时，木块就有了加速度，可见是长木板倾角过大.图线乙，有了拉力时，加速度仍为0，说明未平衡摩擦力或长木板倾角过小.
答案　长木板倾角过大　未平衡摩擦力或长木板倾角过小借题发挥　实验中作出的a－F图象有时
不过原点，如图8所示.造成这种现象的
主要原因是：实验中没有考虑托盘的
质量，误将砝码的重力等于拉力F，或是平衡摩擦力时垫得太高了，会出现图象甲的情况；实验中没有平衡摩擦力或摩擦力平衡不足，会出现图象乙的情况.图8对点练习 巩固·应用·反馈如图9a所示，在探究加速度与力、质量的关系的实验中，小车及车中砝码的质量用M表示，盘及盘中砝码的质量用m表示，小车的加速度可由小车拖动的纸带上打下的点计算得出.图9(1)当M与m的大小关系满足______时，才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘及盘中砝码的重力.
解析　探究加速度与力、质量的关系的实验中，要保证M?m，才能保证绳子的拉力约等于m的重力；M?m(2)一组同学在做加速度与质量的关系实验时，保持盘及盘中砝码的质量一定，改变小车及车中砝码的质量，测出相应的加速度，采用图象法处理数据.为了比较容易地观测加速度a与质量M的关系，应该作a与________的图象.
解析　因为合力一定时，M越大a越小，而反比例函数图象是曲线，根据曲线很难判定出自变量和因变量之间的关系；正比例函数图象是过坐标原点的一条直线，就比较容易判定自变量和因变量之间的关系，所以实验数据处理时作a与
的图象；(3)甲、乙两同学用同一装置做实验，画出了各自得到的a－
图线如图b所示，两个同学做实验时的盘及盘中砝码的
质量m乙________m甲(填“大于”“小于”或“等于”).解析　在小车质量M相同的情况下，拉力越大，加速度越大，实验中我们又认为绳对小车的拉力大小等于盘和盘中砝码的重力，所以两个同学做实验时盘中砝码的质量不同，由两图线的斜率大小关系可知m乙大于m甲.
答案　大于