第四章牛顿运动定律4.2实验：探究加速度与力、质量的关系课件:35张PPT

课件35张PPT。2 实验：探究加速度与力、质量的关系观察视频思考问题
1.描述速度变化快慢的物理量是什么?
2.两辆车哪一个启动的快？1.用大小不同的力去推同一辆小车，哪一个速度变化得快？
2.用相同的力去推空车和满载的车，哪一个速
度变化得快？物体的速度发生了改变，就是说物体产生了加速度。加速度的大小与力和质量有什么定量关系呢？【思考与交流】力大的空车1.理解加速度大小与力有关，也与质量有关。
2.通过实验探究加速度与力和质量的关系。
3.理解控制变量法。
4.学会用图像寻找规律。(重点)(难点) 物体的加速度a与所受到的合外力F、物体质量m有怎样的定量关系？
研究方法
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。(控制变量法)思考：质量、力与加速度分别如何测量？ 质 量 —天平 恒 力 —— ？加速度 —— ？方案一：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。从打点计时器打出的纸带计算出小车的加速度a砝码的总重力G当作小车受到的拉力F2.如何平衡摩擦力？【思考讨论】
1.小车在运动方向上受几个力的作用？细绳对小车的拉力等于小车所受的合力吗？【对点训练】如图一个木块正在倾角为θ为的三角斜面上匀速下滑，试求斜面的动摩擦因数和θ的关系。3.如果物体的质量变化是否还需要再次平衡摩擦力？NGcosθGsinθGθNFf所以：问4：如果此时给物体加上一个沿斜面向下的力F，那物体现在受到的合外力是多少？F改进后的实验装置图：纸 带把木板一端垫高，平衡小车受到的摩擦力1.绳子的拉力等于钩码(或者沙桶)的重力吗？为什么？ 不等于！因为钩码向下加速，所以绳子的拉力小于钩码的重力。 2.什么情况下钩码（或者沙桶）重力可以近似等于绳子拉力，即小车所受的合外力？ 当钩码（或者沙桶）质量比小车质量小得多时,绳子的拉力近似等于砝码的重力，即小车受到合外力近似等于砝码的重力。 【思考讨论】1.用天平测出小车的质量。
2.摆放好实验装置，平衡摩擦力。
3.把细线系在小车上并绕过滑轮悬挂钩码，将车拉到打点计时器附近。
4.打开打点计时器电源，再释放小车，得到纸带，并在纸带上计下钩码重量。
5.改变钩码的重量，重复以上的步骤2-3多次。
6.控制钩码质量不变，改变小车质量，再测几组数据。
7.设计表格，记录实验数据。实验步骤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：数据处理: 图表法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数据处理: 图表法数据处理－－图象法结论：a∝Fm研究加速度a与质量m的关系如图所示，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1/m必成正比,我们采取“化曲为直”的方法以a为纵坐标，以1/m为横坐标，作出a-1/m图象，若图象是一条直线，说明a与1/m成正比，即a与m成反比.结论： a∝1/m方案二：由于两小车同时启动、同时停止,故运动时间相同比较法转化为测位移【对点训练】实验后根据实验数据作出了a-F关系图线如图甲、乙所示，请分析其原因各是什么？甲乙没加拉力就产生了加速度，说明导轨有定滑轮的一端低，另一端高，导轨与水平面的夹角太大。当加一定的拉力后，还没产生加速度，说明有较大的摩擦力影响，说明还没有平衡摩擦力或是平衡摩擦力不足。光电门数字计时器拓展探究方案三:利用气垫导轨来探究0am1.实验方法：控制变量法
2.实验步骤：
3.图像法处理实验数据技巧1.（多选）在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，关于平衡摩擦力的说法中正确的是( )
A.“平衡摩擦力”的本质就是让小车受到的摩擦力为零
B.“平衡摩擦力”的本质就是使小车所受的重力沿斜面
方向的分力与所受到的摩擦阻力相平衡
C.“平衡摩擦力”的目的就是要使小车所受的合力等于
所挂砝码通过细绳和滑轮对小车施加的拉力
D.“平衡摩擦力”是否成功，可根据小车拖动的由打点
计时器打出的纸带上的点迹间距是否均匀来确定BCD2.在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中备有下列器材：
A.打点计时器;B.天平;C.秒表;D.低压交流电源;E.电池;F.纸带;G.细绳、砝码、小车、小盘；H.薄木板;I.装有细砂的小桶
其中多余的器材是__________；
缺少的器材是____________________________。C、E 刻度尺、一端带滑轮的长木板3.（多选）如图所示是根据探究加速度与力的关系的实验数据描绘的a-F图像,下列说法正确的是( )
A.三条倾斜直线所对应的小车与
砝码的质量相同
B.三条倾斜直线所对应的小车与
砝码的质量不同
C.直线1所对应的小车与砝码的质量最大
D.直线3所对应的小车与砝码的质量最大BD4.在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中
(1)某小组得到一条打点的纸带,相邻计数点间的时间间隔为T,且间距x1、x2、x3、x4、x5、x6已量出,如图所示,计算D点的瞬时速度的表达式,加速度的表达式。(2)另一小组在该实验中得到了一组实验数据如下表所示①请在如图所示的坐标系
中画出a-F图线。②（多选）从图中可以发现实验操作中存在的问题
可能是( )
A.实验中没有平衡摩擦力
B.实验中平衡摩擦力时木板倾角过小
C.实验中平衡摩擦力时木板倾角过大
D.实验中小车质量发生变化AB5.(2016·全国卷III)某物理课外小组利用图甲中的装置探究物体加速度与其所受合外力之间的关系。图中,置于实验台上的长木板水平放置,其右端固定一轻滑轮;轻绳跨过滑轮,一端与放在木板上的小滑车相连,另一端可悬挂钩码。本实验中可用的钩码共有N=5个,每个质量均0.010kg。实验步骤如下:
(1)将5个钩码全部放入小车中,在长木板左下方垫上适当厚度的小物块,使小车(和钩码)可以在木板上匀速下滑。
(2)将n(依次取n=1,2,3,4,5)个钩码挂在轻绳右端,其余N-n个钩码仍留在小车内;用手按住小车并使轻绳与木板平行。释放小车,同时用传感器记录小车在时刻t相对于其起始位置的位移s,绘制s-t图象,经数据处理后可得到相应的加速度a。(3)对应于不同的n的a值见下表。n=2时的s-t图象如图乙所示;由图乙求出此时小车的加速度(保留2位有效数字),将结果填入下表。(4)利用表中的数据在图丙中补齐数据点,并作出a-n图象。从图象可以看出:当物体质量一定时,物体的加速度与其所受的合外力成正比。(5)利用a-n图象求得小车(空载)的质量为　　　　kg(保留2位有效数字,重力加速度g取9.8m/s2)。
(6)若以“保持木板水平”来代替步骤(1),下列说法正确的是　　　(填入正确选项前的标号)。
A.a-n图线不再是直线
B.a-n图线仍是直线,但该直线不过原点
C.a-n图线仍是直线,但该直线的斜率变大【解析】(3)由于小车做的是匀加速直线运动,由s=at2,将特殊点(2,0.80)代入得a=0.40m/s2。
(4)利用描点法可得如图所示图线(5)根据牛顿第二定律可得nmg=(M+Nm)a。代入m=0.010kg,n=1、2、3、4、5以及相应的加速度可求得M=0.44kg。(6)若不平衡摩擦力,则有
nmg-μ[M+(N-n)m]g=(M+Nm)a,
解得a=·n-μg,
故图线不过原点,但仍然是直线,且斜率增大,A错误,B、C正确。
答案:(3)0.40　(4)见解析图　(5)0.44　(6)B、C在前进的路上，主动搬开别人脚下的绊脚石，有时往往也是为自己铺路。