高中物理人教版必修1课件 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(共16张PPT)

(共16张PPT)
高中物理·必修1·人教版
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
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学会用控制变量法研究物理规律
会测量加速度、力和质量，能作出物体
运动的a-F、a-1/m 图象
通过实验探究加速度与力、质量的定量关系．
一、实验器材

交流电源 刻度尺 天平．

二、实验原理

1. 质量 作用力

2. 作用力 质量
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：放在长木板上的小车在拉力的作用下做匀加速直线运动．(装置如图所示)．
(1)小车质量的测量
利用 测出，在小车上 砝码
可改变小车的质量．
(2)拉力的测量
当小桶和砂的质量 小车的
质量时，可以认为小桶和砂的重力
近似等于对小车的拉力，即F≈mg.
(3)加速度的测量：逐差法．
天平
增减
远小于
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，以力F 为横坐标，根据测量数据描点，然后作出图象，如图所示，若图象是一条 ，就能说明a 与F 成正比．
通过原点的直线
(2)研究加速度a 与物体质量m 的关系
如图甲所示，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1/m 必成 ．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a-1/m 图象是一条直线，如图乙所示，说明a 与1/m 成　　，即a 与m 成　　．
正比
正比
反比
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．按图所示的装置把实验器材安装好．





3．平衡摩擦力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫一木块，多次移动木块位置，直到轻推小车，使小车在斜面上运动时可保持匀速直线运动为止．
4．在小桶里放入适量的砂，在小车上加放适量的砝码，用天平测出小桶和砂的质量m，并记录下来．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．
5．保持小车的质量不变，改变砂和小桶的质量，按步骤4再做5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并记录在表格的相应位置.
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 的关系．
次数 1 2 3 4 5 6
小车加速度
a/(m·s－2)
砂和小桶的
质量m/kg
拉力F/N
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a-1/M 图象，从而得出a-M 的关系.

9.整理实验器材，结束实验．
次数 1 2 3 4 5 6
小车加速度
a/(m·s－2)
小车质量M/kg
1/M/(kg－1 )
三 .注意事项
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．改变砂的质量过程中，要始终保证砂桶(包括砂)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分布在直线的两侧，但若遇到个别偏离较远的点可舍去．
某实验小组利用图所示的装置探究加速度与力、质量的关系．
(1)下列做法正确的是________(填字母代号)．
A．调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行
B．在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上
C．实验时，先放开木块再接通打点计时器的电源
D．通过增减木块上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度
平衡摩擦力时，不能挂砝码和砝码桶
先接通电源
再放开木块
AD
(2)图是甲、乙两同学根据实验数据画出的图象．
形成图线甲的原因是______________________________．
形成图线乙的原因是______________________________．
长木板倾角过大
未平衡摩擦力或长木板倾角过小
F= 0时，木块
就有了加速度
有了拉力时，加速度仍为0
为了探究加速度与力的关系，使用如图所示的气垫导轨装置进行实验．其中G1、G2为两个光电门，它们与数字计时器相连，当滑行器通过G1、G2光电门时，光束被遮挡的时间Δt1、Δt2都可以被测量并记录．滑行器连同上面固定的一条形挡光片的总质量为M，挡光片宽度为D，光电门间距离为x，牵引砝码的质量为m.回答下列问题：
(1)实验开始应先调节气垫导轨下面的螺钉，使气垫导轨水平，在不增加其他仪器的情况下，如何判定调节是否到位？
解析
法一：取下牵引砝码，滑行器放在任意位置都不动
法二：取下牵引砝码，轻推滑行器，数字计时器记录每一个光电门的光束被遮挡的时间Δt 都相等
(2)若取M＝0.4 kg，改变m的值，进行多次实验，以下m 的取值不合适的一个是________．
A．m1＝5 g　　　 B．m2＝15 g
C．m3＝40 g D．m4＝400 g
解析
为了探究加速度与力的关系，使用如图所示的气垫导轨装置进行实验．其中G1、G2为两个光电门，它们与数字计时器相连，当滑行器通过G1、G2光电门时，光束被遮挡的时间Δt1、Δt2都可以被测量并记录．滑行器连同上面固定的一条形挡光片的总质量为M，挡光片宽度为D，光电门间距离为x，牵引砝码的质量为m.回答下列问题：
只有在满足m ? M 时，
才可以用牵引砝码的重力
近似等于对滑行器的拉力
= 0.4kg = M
D
(3)在此实验中，需要测得每一个牵引力对应
的加速度，其中求得的加速度a的表达式为：________.
(用Δt1、Δt2、D、x 表示)
解析
为了探究加速度与力的关系，使用如图所示的气垫导轨装置进行实验．其中G1、G2为两个光电门，它们与数字计时器相连，当滑行器通过G1、G2光电门时，光束被遮挡的时间Δt1、Δt2都可以被测量并记录．滑行器连同上面固定的一条形挡光片的总质量为M，挡光片宽度为D，光电门间距离为x，牵引砝码的质量为m.回答下列问题：
挡光片通过光电门这段时间内的平均速度等于瞬时速度
再见