5.2 科学探究：加速度与力、质量的关系（教学课件）(共37张PPT)-高中物理鲁科版（2019）必修第一册

(共36张PPT)
第二节
科学探究：加速度与力、质量的关系
第五章 牛顿运动定律
目录
学习目标
01
情景导入
02
新课讲解
03
小试牛刀
04
课堂小结
05
学习目标
学习目标
1.学会用控制变量法研究物理规律。
2.掌握利用图像法处理数据的方法，探究加速度与力、质量的关系。
3.学会与他人合作、交流完成探究过程和结果，提升科学推理论证的能力。
情境导入
相同的物体，用较小的力推，速度变化的慢，即获得较小的加速；用较大的力推，速度变化的快，即获得较大的加速度；
用相同大小的力分别推质量小的物体和质量大的物体，质量小的物体会获更大的加速度
问题：加速度与力、质量有什么样的关系？
新课讲解
（一）探究方法：控制变量法
（二）探究思路：
（三）探究装置：
一、实验思路与方法
质量 M 不变
分析加速度 a 与力 F 的关系
拉力 F 不变
分析质量 M 与加速度 a 的关系
二、物理量的测量
使用天平测量出小车的质量 M
通过打点计时器打出的纸带计算出小车的加速度 a
槽码的总重力 G 当做小车受到的拉力 F
方法二：将打点计时器连在小车上，根据纸带上打出的点计算小车的角速度；
加速度的获得
方法一：如果小车做初速度为零的匀加速直线运动，则直接用刻度尺测量位移并用停表测量时间，然后由公式 可算出;
方法三：初速度为零时， ，如果测出两个初速度为零的匀加速直线运动在相同时间内发生的位移分别为 x1、x2，则位移之比就等于加速度之比，即
F
直接用弹簧测力计拉小车，可以吗？还是借助定滑轮和钩码来拉？
m0g
如何提供和测量小车所受的恒力
我来提供恒力！
摩擦力对实验有影响嘛？
平衡摩擦力：把安装有打点计时器的轨道一端垫高，使得小车的部分重力与摩擦力 Ff 平衡
如何提供和测量小车所受的恒力
打点计时器
纸带
小车受到细线的拉力可以直接由弹簧测力计读出
或在小车前端增加力传感器
力传感器
用天平测出小车的质量 M ，并把数据记录下来。
按实验装置图把实验器材安装好（小车上不系绳，安装纸带）。
平衡摩擦力。（阻力补偿法）
用细线将钩码与小车相连（槽码质量远小于小车质量），打开打点计时器，释放小车，指代记录小车的运动情况，测出一组数据。
控制小车质量不变，改变槽码数量，多测几组数据。
控制槽码质量不变，改变小车质量，再测几组数据。
计算出每次实验所得纸带的加速度值。
三、实验步骤
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
0.50 0.751
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
实验结论：质量一定时，加速度与力的大小成正比
四、数据处理——加速度与力
a-F 图线分析
a
F
O
①图线的上部弯曲
当小车受力 F 较大时，不满足“重物的质量远小于小车和车上砝码的总质量”
②图线与 a 轴有截距
平衡摩擦力时长木板的倾角过大，即 F = 0（不挂重物）时小车就具有了加速度
③图线与 F 轴有截距
没有平衡摩擦力或长木板的倾角过小以致平衡摩擦力不足，只有当 F 增大到一定值时，小车才获得加速度
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
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
实验结论：力的大小一定时，加速度与质量成反比
四、数据处理——加速度与质量
1．实验中应先接通电源后释放小车。
2．在平衡摩擦力时不要悬挂任何物体。
3．改变钩码的质量过程中，要始终保证钩码质量远小于小车质量，这时线的拉力近似等于钩码的重力。
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分布在直线的两侧，但若遇到个别偏离较远的点可舍去。
五、注意事项
类别 产生原因 减小方法
偶然误差 质量测量不准、计数点间距测量不准 多次测量求平均值
小车所受拉力测量不准 ①准确平衡摩擦力
②使细绳和纸带平行于木板
作图不准 使尽可能多的点落在直线上或均匀分布在直线的两侧，误差较大的点舍去
系统误差 小盘及重物的总重力代替小车所受的拉力 使小盘和重物的总质量远小于小车的质量
六、误差分析
通过测量并计算出加速度之比进行探究
1、实验器材：两辆相同的小车、一端带滑轮的长木板、细线、拖物盘、黑板檫、重物等
七、其他常用实验探究方案
黑板檫
黑板檫
通过测量并计算出加速度之比进行探究
实验思想
通过比较 x 的大小关系，就可以知道 a 的大小关系
控制变量
控制变量的方法是指在研究和解决问题的过程中，对影响事物变化规律的独立因素加以人为控制，使其中只有一个因素按照特定的要求发生变化，而其他因素保持不变，以利于寻找事物发展变化的规律的方法。
本节在探究加速度与力、质量之间的关系时，就采用了控制变量的方法，它是科学研究中常用的一种方法。
八、控制变量法
小试牛刀
1.在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，为了能直观判断加速度a与质量m之间的关系，实验中应当( )
A.改变合外力大小，根据实验数据作出 图像
B.改变合外力大小，根据实验数据作出 图像
C.保持合外力大小不变，根据实验数据作出 图像
D.保持合外力大小不变，根据实验数据作出 图像
D
答案：D
解析：为了探究加速度与质量的关系，应保持合外力大小F不变，为了直观地判断加速度a与质量m的数量关系，应作出 图象，故选项D正确。
2.“探究小车加速度与质量的关系”实验装置如图所示，小车通过纸带与打点计时器相连。平衡摩擦力时应( )
A.将长木板的B端适当垫高
B.将长木板的A端适当垫高
C.在砝码盘的牵引下使小车加速运动
D.在砝码盘的牵引下使小车匀速运动
A
答案：A
解析：平衡摩擦力时，使得重力沿斜面方向的分力等于摩擦力，所以应将木板的B端适当垫高，不悬挂砝码，轻推小车，使小车拖着纸带能够做匀速直线运动，摩擦力得到平衡。故A正确，BCD错误；故选A。
学习目标
情境导入
新课讲解
小试牛刀
课堂小结
3.用如图所示的实验装置探究“质量一定时，物体加速度与所受合外力的关系”，小车的质量为M，托盘和砝码的总质量为m，平衡摩擦力后进行实验( )
A.要保证m远小于M
B.小车所受的合外力等于2mg
C.释放小车后立即接通打点计时器
D.在托盘中增加砝码，重复实验
D
答案：D
解析：A.探究“质量一定时，物体加速度与所受合外力的关系”时由于传感器测量小车的合力，无需m远小于M，故A错误；
B.对托盘和砝码根据牛顿第二定律得
所以 ，即 ，故B错误；
C.先接通电源，再释放小车，故C错误；
D.探究“质量一定时，物体加速度与所受合外力的关系”时保持小车质量不变，在托盘中增加砝码，重复实验，故D正确。
学习目标
情境导入
新课讲解
小试牛刀
课堂小结
4.（1）甲、乙、丙三个实验小组分别采用如图（a）、（b）、（c）所示的实验装置，验证“当质量一定时，物体运动的加速度与它所受的合力成正比”这一物理规律.已知他们使用的小车完全相同，小车的质量为M，重物的质量为m.
学习目标
情境导入
新课讲解
小试牛刀
课堂小结
①必须平衡小车和长木板之间的摩擦力的实验小组是_______.
A.甲、乙、丙 B.甲、乙 C.甲、丙
②实验时，必须满足“M远大于m”的实验小组是_______.
（2）小明同学采用图（c）实验装置探究质量一定时加速度与力的关系的实验时，以弹簧测力计的示数F为横坐标，加速度a为纵坐标，画出a-F 图像，求得图线的斜率为k，则小车的质量为_______.
A. B. C. D.k
A
甲
C
答案：（1）①A；②甲 （2）C
解析：①甲、乙、丙三个小组的实验中，小车在长木板上运动过程中均受到摩擦力，所以都需要补偿阻力，A正确.
②由题图可知，乙小组实验和丙小组实验中细线的拉力分别可以由力传感器和弹簧测力计测量出，不需要用重物的重力替代细线的拉力，所以这两个实验不用满足“M远大于m”，而甲小组实验用重物的重力替代细线的拉力，必须满足“M远大于m”.
（2）对小车，根据牛顿第二定律（下节学习）有 ，
解得 ，所以 ，可得 ，C正确.
课堂小结
① 实验目的：探究加速度与力、质量的关系
实验方法：控制变量法、用天平测质量、用打点计时器测速度.
数据处理：绘制 、 图像
实验结论：加速度与力成正比，与质量成反比.
1
2
M 相同时，加速度 a 与力 F 成正比；在相同力 F 作用下，加速度 a 与质量 M 成反比
3
4
感谢您的耐心观看