人教版 物理 必修第一册 4.2探究加速度与力、质量的关系 课件 (共35张PPT)

(共35张PPT)
4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系
复习引入:
牛顿第一定律：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。
力是改变物体运动状态的原因，
也就是产生加速度的原因；
加速度a与力F有关
惯性：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态
惯性与质量有关，质量越大惯性越大，运动状态越难改变
加速度a与质量m有关
加速度的大小与力、质量有怎样的关系？
问题与讨论：
装满货物
启动快
启动慢
受力一定时，质量越小，其加速度越大。
比赛用小汽车
一般用小汽车
启动快
启动慢
质量一定时，受力越大，其加速度越大。
1.猜想一下物体加速度a与力F、质量m的定量关系是什么呢？
问题与讨论：
m
F1
m
F2
F1m2
F
m1m1
F
保持m不变，
研究a 与F的关系
保持F不变，
研究a与m的关系
注意：这里的力指的是物体所受的合外力
控制变量法
2. 如何探究一个物理量与两个(或多个)物理量之间的关系？ a 与F、m
方法1:小车做初速度为0的匀变速直线运动，利用刻度尺测量位移x，并用秒表测量时间t, 然后利用公式
定量分析：
一、 测量（或比较）物体的加速度？
定量分析：
方法2：利用打点计时器进行实验，根据纸带上打出的点可测量加速度
方法3：利用比值法。由运动学公式　　 可知，相同时间的位移跟加速度成正比。于是我们可以通过比较物体运动位移来判定加速度的变化情况。测出两个初速度为零的匀加速运动在相同时间内发生的位移x1,x2，位移之比就是加速度之比
定量分析：
G1
FN
f
G
方法1：粗糙斜面上，用悬吊重物的方法为小车提供拉力, 通过改变增减重物的质量就可改变小车受到的拉力
一端垫高，用重力的分力G1将摩擦力f 平衡抵消掉
二、如何为运动的物体提供一个恒定的合力？又如何测出这个合力呢？
平衡摩擦力
方法二：光滑水平面上利用重物下落拉动小车运动，通过增减重物重量就可以改变小车所受的合力。
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。
实验：小车、打点计时器、纸带、一端带滑轮的长木板、细线、砝码、钩码、刻度尺、天平为器材，研究小车运动。
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（钩码质量远小于小车质量），打开打点计时器，释放小车，
测出一组数据。
4. 改变钩码质量，多测几组数据。
5. 控制钩码质量不变，改变小车质量，再测几组数据。
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
1. 探究加速度与合力的关系
如何更直观地处理数据？
a — F 图象是一条过原点的倾斜直线
a ∝F
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
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
当拉力不变时 次数 m/kg a/m ·s -2
1
2
3
4
5
2.50
2.00
1.33
1.00
0.83
0.400 0.861
0.500 0.692
0.750 0.470
1.000 0.352
1.200 0.290
2. 探究加速度与质量的关系
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
在牵引力一定时， a 与m 成反比
实验结论：
（注意：这里的力指的是物体所受的合外力）
1、m一定，加速度a与F的定量关系：
2、F一定，加速度a与m的定量关系:
1.一定要做好平衡摩擦力的工作,也就是调出一个合适的斜面,使小车的重力沿着斜面方向的分力正好平衡小车受的摩擦阻力.在平衡摩擦力时,不要把悬挂小盘的细线系在小车上,即不要给小车加任何牵引力,并要让小车拖着打点的纸带运动.
2.实验步骤2、3不需要重复,即整个实验平衡了摩擦力后,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.
注意事项
3.每条纸带必须在满足小车与车上所加砝码的总质量M远大于小盘和砝码的总质量m的条件下打出.只有如此,小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力.
4.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,再放开小车,且应在小车到达滑轮前按住小车.
5.作图象时,要使尽可能多的点分布在所作直线上,直线外的点应尽可能对称分布在所作直线两侧.
6.作图时两轴标度比例要选择适当,各量须采用国际单位.这样作图线时,坐标点间距不至于过密,误差会小些.
例1：在探究“加速度与力、质量的”关系实验中，关于小车所受的合力，下列叙述中正确的是（ ）
A．小车所受合力就是所挂吊盘和砝码的重力
B．小车所受合力的大小等于吊盘和砝码通过细绳对小车的拉力。
C．只有平衡摩擦力后，小车所受合力才等于细绳对小车的拉力
D．只有平衡摩擦力后,且小车的质量远大于吊盘与砝码的总质量时小车所受合力可以认为等于吊盘和砝码的重力
D
例2：某同学设计了一个探究加速度a与物体所受合力F及质量m关系的的实验，如图所示，图甲为实验装置简图，交流电的频率为50Hz
(1)图乙为某次实验得到的纸带，根据纸带可求出小车加速度大小为________m/s2(保留两位有效数字)
3.19
某同学设计了一个探究加速度a与物体所受合力F及质量m关系的的实验，如图所示，图甲为实验装置简图，交流电的频率为50Hz
(3)保持小车质量不变，改变砂和砂桶质量，该同学根据实验数据作出了加速度a随合力F的变化图线，如图所示．该图线不通过原点，请你分析其主要原因
_______________________________.
未平衡摩擦力或平衡摩擦力不充分。
1．当物体质量一定时，探究加速度与力的关系，某同学设计了如图所示的实验装置。力传感器可测出轻绳的拉力。其中m为砂和砂桶的总质量，m0为滑轮的质量，M为小车的质量。
（1）实验时，为了减小误差，______（填“是”或“否”）需要使m<（2）实验时，______（填“是”或“否”）需要将带滑轮的长木板右端垫高，以平衡摩擦力。
（3）某同学根据实验数据作出了加速度a与力F的关系图象如图所示，图线不过坐标原点的原因是________。
【答案】否 是 平衡摩擦力过度（斜面倾角过大）
2．某实验小组欲探究“加速度与合力的关系”，为了更准确地测出小车所受合力的情况，该小组将实验装置改装成了如图乙所示的装置，其具体操作步骤如下：
①按图乙所示安装好实验器材，木板放在水平桌面上，其中与定滑轮及弹簧测力计相连的细线竖直；
②挂上钩码，接通电源后，再放开小车，打出一条纸带，根据纸带求出小车的加速度；
③改变钩码的数量，重复步骤②，求得小车在不同合力作用下的加速度。
（1）对于上述实验，下列说法正确的是____；
A．实验过程中应保证小车的质量不变
B．钩码的质量应远小于小车的质量
C．与小车相连的细线与长木板一定要平行
D．弹簧测力计的读数应为钩码重力的一半
【答案】AC
2．（2）由本实验得到的数据做出小车的加速度a与弹簧测力计的示数F的关系图像应为_____；
【答案】B
2．（3）如图丙所示为某次实验的一条纸带，A、B、C、D、E、F为连续取出的六个计数点，打出的每5个点为一个计数点，所用电源的频率为50Hz。由于不小心，纸带CD间被扯断，因此实验小组只测出了计数点AB和EF间的距离，则由所测纸带数据可得小车运动的加速度大小为_____m/s2，并由此可计算出CD间的距离应为____cm。（均保留两位小数）
【答案】0.60 2.82
3．某实验小组采用如图甲所示的实验装置探究力与加速度的关系。实验时滑块在细线拉力的作用下沿轨道运动，滑块受到的拉力由力传感器读出，位移传感器发射部分固定在滑块上随滑块运动，位移传感器接收部分固定在轨道上，能读出滑块的位移随时间的变化规律。
（1）实验中___________（填“需要”或“不需要”）重物的质量m与滑块的质量M满足M>>m。
（2）如果滑块的位移与时间的关系式为x=0.75t2，则滑块的加速度a=___________m/s2
（3）用正确的实验方法测得实验数据，作出a-F图线如图乙所示。由图中的a-F图线可知滑块受到的摩擦力大小为___________N。（后两空均保留2位有效数字）
【答案】不需要 1.5 0.40
4．某同学用如图所示的装置，分别验证“牛顿第二定律”及““机械能守恒定律”，在装置中，气垫导轨上滑块的质量为M（可以添加配重片），钩码的质量为m，两光电门中心的间距为L，滑块通过两光电门记录的时间分别为Δt1和Δt2，当地的重力加速度为g。滑块上固定一宽度为d的挡光片（挡光片、滑轮、细线绳的质量忽略不计），在钩码的牵引下，滑块从气垫导轨的右端开始向左加速运动。
（1）实验中，光电门1、2记录的挡光时间分别为Δt1和Δt2，则小车经过光电门1时的速度为_________，小车加速度的大小为_______________。
【答案】
( - )
4．（2）为了研究在外力一定时加速度与质量的关系，可以改变________（选填“滑块”或“钩码”）的质量，多次重复操作，获得多组加速度a与质量m（或M）的数据，用这些数据绘出的图像可能是图中的（_____）
【答案】滑块 B
4．（3）要用上述装置探究系统在运动中的机械能关系，滑块从光电门1运动到光电门2的过程中满足关系式___________时（用已知量表示），系统机械能守恒。
（4）在上述实验中，计算加速度时以挡光片经过光电门时的平均速度替代了瞬时速度，采用这种方法，加速度的测量值比真实值________（填“大”或“小”）。
【答案】 大
5．如图所示是“探究加速度a与力F、质量m关系”的实验装置。该实验这样进行：两个相同的小车1、2并排放在木板上，前端各系一条轻绳，轻绳的另一端跨过光滑定滑轮各挂一个相同的小盘。在木板左端下面垫一小木块来平衡摩擦力，两个小车后面各系一条细线，用黑板擦把两条细线同时按在木板上，使两小车静止。抬起黑板擦，两个小车同时开始运动，按下黑板擦，两个小车同时停下来，用刻度尺测量两个小车的位移大小。下列是关于该实验中有关问题的分析。
（1）用小盘和盘中重物的总重力大小代替拉小车的轻绳拉力大小，其条件是小盘和盘中重物的总质量______小车和车中重物的总质量；
【答案】远小于
5．（2）在两个相同小车中放入相同质量的重物、且一直保持不变。分别在其小盘中放入不同的重物，多次进行实验，测得多组数据。把两小车拉力大小之比 作为横轴，对应的两小车位移大小之比 作为纵轴，实验过程中得到的图像如图甲所示，根据甲图得到的结论为______；
（3）在两个相同小盘中放入相同质量的重物、且一直保持不变。分别在其小车中放入不同的重物，多次进行实验，测得多组数据。把两小车质量（包括车上重物质量）之比 作为横轴，对应的两小车位移大小之比 作为纵轴，实验过程中得到的图像如图乙所示，根据乙图得到的结论为______。
【答案】斜率为1（或质量一定时，加速度与拉力成正比）
斜率为1（或拉力一定时，加速度与质量成反比）
6．在“探究加速度与力的关系”实验中，某小组设计了如图所示的实验装置，图中上，下两层前端固定有光滑定滑轮，两相同小车前端各系一条细线，细线跨过定滑轮并挂上一个砝码盘，盘中可放砝码，小车Ⅱ所挂砝码和砝码盘的总质量是小车Ⅰ所挂砝码和砝码盘总质量的两倍，将砝码和砝码盘的总重力作为小车所受合外力，两小车尾部各系一条细线连到控制装置上，实验时通过控制装置使两小车同时开始运动，按下装置两小车立即同时停止。某次实验时小车Ⅰ的位移为，小车Ⅱ的位移为。
(1)为了减小实验误差，下列说法正确的是_______。
A．实验之前将轨道倾斜来补偿阻力，补偿阻力时不需要挂上砝码盘
B．实验之前将轨道倾斜来补偿阻力，补偿阻力时需要挂上砝码盘
C．砝码盘和砝码的总质量应远大于小车的质量
D．砝码盘和砝码的总质量应远小于小车的质量
【答案】AD
(2)若实验测得小车Ⅱ位移是小车Ⅰ位移的两倍，且多次重复试验都能得到两车位移比等于对应砝码和砝码盘总质量的比，依据方程x=_______，则可得实验结论是：在质量一定的情况下，物体的加速度与所受到的合外力成_______（填“正比”或“反比”）。
【答案】 正比