人教版高中物理必修1第四章4．2探究加速度与力与质量的关系（共31张PPT）

(共31张PPT)
什么是物体的运动状态？根据牛顿第一定律，物体运动状态改变的原因是什么？
物体运动状态指的是物体的速度（包括大小和方向）
力是改变物体运动状态的原因
力
运动状态变化
速度变化
产生加速度
力是产生加速度的原因
力产生加速度
物体运动状态变化的快慢（加速度）和什么有关？
1、受力
2、质量
例如：一般小汽车从静止加速到100km/h，只需十几秒的时间，而满载的货车加速就慢的多。
例如：竞赛用的小汽车，质量不很大，却安装着强大的发动机，可以获得很大的加速度。
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
实验验证
思考：如何设计实验?
m一定， a∝ F；

F一定， a∝1/m。
明确几个问题:
2.如何由实验得出结论?
1.怎么设计这个实验?
1.测量哪些量?
2.怎么测量?
数据处理：
m不变时，a与F关系；
F不变时，a与m关系。
a、F、m

m：
a:
F:
天平
求出物体所
受的合力
1、测加速度
方案1
方案2
用打点计时器测加速度
方案3
比较法
1.怎样测量（或比较）物体的加速度？
2.怎样提供和测量物体所受的拉力F ？
2、怎样提供并测量物体所受的恒力F（合外力） ?
m
增减砝码及盘的质量以改变F
当砝码及盘远远小于小车的质量时，
近似认为小车所受拉力等于砝码及盘的重力！
水平面
思考1：小车所受拉力等于砝码及盘的重力吗？
近似：
2、怎样提供并测量物体所受的恒力F（合外力） ?
m
增减砝码及盘质量以改变F
水平面
思考2：这里的F（合外力）本质上指的是小车所受的拉力大小吗？
斜面法平衡摩擦力
平衡摩擦力：小车重力沿木板方向的分力
与木板和小车间摩擦力平衡
判断标准：轻推小车，小车在没有小盘（及砝码）牵引时能沿长木板做匀速运动
平衡摩擦力：
钩码重力近似等于绳子拉力，用以表示小车受到的合外力F
G
G1
FN
f
G1平衡摩擦力f。
方案一：小车、打点计时器、纸带、电源、导线、长木板、细线、砝码、钩码、刻度尺、天平
从打点计时器打出的纸带计算出小车的加速度a。砝码的重力当作拉力。
砝码　
小车　
打点计时器　
纸带　
实验方案
小车:
打点计时器:测量小车运动过程中的加速度
钩码:重力提供拉力
研究对象,可用天平称其质量
合力F=?
G
FN
F
f
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。
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
位移x1/cm
位移x2/cm
(M’+m’2)/g (表示F2大小)
盘中砝码质量m’2/g
300 0 10
50
20
30
40
60
盘中砝码质量m’1/g
(M’+m’1)/g (表示F1大小)
70
小车质量M= g,小车上钩码质量m= g,小盘质量M’= g
次数 小车1 小车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
数据处理：加速度与力的关系
如何更直观地处理数据？
加速度与力成正比
当小车质量不变时 次数 F/N a/m ·s -2
1
2
3
4
5
(M+m1)/g
(M+m2)/g
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，分析加速度与质量的关系
300 6 50
车上钩码质量m1/g
位移x1/cm
100
50
150
200
250
车上钩码质量m2/g
位移x2/cm
小车1质量M1
小车2质量M2
300
小车质量M= g,小盘质量M’= g,盘中砝码质量m’= g
次数 小车1 小车2

1
2
3
4
5
数据处理：加速度与质量的关系
加速度与质量成反比
当拉力不变时 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
实验后反思总结
一.平衡摩擦力时，不把悬挂重物用细绳通过定滑轮系在小车上，即不对小车施加拉力。在木板无滑轮的一端下面垫一薄木块，反复移动其位置，直到拖在小车后面的纸带上打出的点距均匀为止。
二.实验时，应先接通电源，待打点计时器工作稳定后再放开小车
三.实验要求重物的质量远小于小车的质量，因为只有这样，细绳对小车的拉力才近似等于重物的重力。
方案二：
由于两小同时启动、同时停止,故运动时间相同
方案二：两小车对比
砝码
F1　
参照小车m
实验小车m　
砝码
F2　
1、平衡摩擦：使小车在不放砝码时近似做匀速
直线运动。
2、桶和砝码的质量要比小车的质量小很多。
方案三：利用气垫导道
该方案仪器精密，是很好的方案，测量结果精确。
气垫导轨装置
光电门
数字计时器
利用气垫导轨来探究加速度与力、质量的关系
1．关于“探究加速度与力、质量的关系”的实验，下列说法中符合实际的是 (　　)
A．通过同时改变小车的质量m及受到的拉力F的研究，能归纳出加速度、力、质量三者之间的关系
B．通过保持小车质量不变，只改变小车的拉力的研究，就可以归纳出加速度、力、质量三者之间的关系
C．通过保持小车受力不变，只改变小车质量的研究，就可以得出加速度、力、质量三者之间的关系
D．先不改变小车质量，研究加速度与力的关系；再不改变受力，研究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度、力、质量三者之间的关系
课堂练习
√
2、在做“探究加速度与力、质量的关系”的实验时， 某学生将实验装置如图所示安装，准备接通电源后开始做实验，但他的装置图中有两个明显的错误，请你指出来：
（1）
（2）
没有平衡摩擦力
打点计时器应使用低压交流电源
3．某同学在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，测得小车的加速度a和拉力F的数据如下表所示：
(1)根据表中的数据在图实－4－9所示的坐标中作出a－F图象；
(2)图象的斜率的物理意义是_________________；
(3)图象(或延长线)与F轴的截距的物理意义是___________；
(4)小车和砝码的总质量为________ kg.
F/N 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60
a/(m·s－2) 0.11 0.19 0.29 0.40 0.51
解析：(1)选取适当的标度，作出a－F图象如图所示．
(2)由F＝Ma得a＝F/M ，可见图象的斜率为小车和砝码的总质量的倒数．
(3)图象与F轴的截距表示加速度恰好为零时的拉力，也即是小车受到的阻力，大小为0.1 N.
(4)由图可知图线斜率k＝1(kg－1)，由k＝ 1/M可得：M＝1 kg.
课堂小结
本节课以实验为依据，采用控制变量法进行研究，根据已掌握的物理知识设计实验方案，探索物理规律是物理学研究的重要方法。