人教版高中物理必修一 4．2 实验：探究加速度与 力、质量的关系（共40张PPT）

(共40张PPT)
实验：探究加速度与力、质量的关系
教学目标
理解探究加速度与力、质量的关系的合理性和必要性
理解实验思路的合理性，以及用图像处理实验数据的有效性
经历实验的操作和测量过程，以及通过图象处理实验数据的过程，体验如何平衡摩擦阻力、减小系统误差（钩码所受的重力不等于小车所受的拉力等）的操作办法。
体会整个探究过程的科学严谨和合理性
教学重点
控制变量法的使用
如何提出实验方案并使实验方案合理可行
实验数据的分析与处理
教学难点
如何提出实验方案并使实验方案合理可行
实验数据的分析与处理
力和运动的关系是怎样的？
力是改变物体运动状态的原因
力是物体速度改变的原因
力是产生加速度的原因
物体所受合外力不为0是产生加速度的原因。
加速度大小的影响因素
加速度与哪些因素有关？
加速度与力有关
加速度与质量有关
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。
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。
加速度大小的影响因素
加速度与力是什么关系？
启动快
启动慢
质量一定时，受力越大，其加速度越大。
比赛用车
家用汽车
加速度大小的影响因素
加速度与质量是什么关系？
启动快
启动慢
受力一定时，质量越小，其加速度越大。
指物体所受合力。
空车
满载
加速度大小的影响因素
加速度与力、质量的定量关系是什么呢？
猜想
猜想
a与m成反比
a与F?成正比
F一定时，m大，a小
m一定时，F大，a大
设计实验，
验证猜想。
实验的思路
a与“F、m”二个物理量均有关系，应该从何处入手呢？
实验方法：控制变量法
实验的探究思路确定为两个方面：
①保证质量不变，探究加速度与外力的关系。
②保证外力不变，探究加速度与质量的关系。
实验的思路
明确两个问题：
怎么设计这个实验？
如何由实验得出结论：
①测量哪些量？
②怎么测量？
?a、F、m
m：
天平
a
F：
求出物体所受的合力
数据处理：
m不变时，a与F关系，
F不变时，a与m关系
可使用图象法进行数据处理
实验的思路
①直接测量
②间接比较
打点计时器
光电门
控制运动时间t?相同
?a与x成正比，用x?比较a?的大小
如何测量加速度a
构建一匀变速直线运动
使用
仪器
设计实验——用打点计时器探究
如何才能给小车提供一个恒定的合外力？
如何来测量小车所受的合外力？
设计实验——用打点计时器探究
研究对象，可用天平称其质量
小车所受合力F
=？
G
f
FN
测量小车运动过程中的加速度
重力提供拉力
F
设计实验——用打点计时器探究
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。
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
设计实验——用打点计时器探究
合外力在什么时候等于线的拉力？
合外力在摩擦力为零时等于线的拉力。
G1?平衡摩擦力f
F
G
f
FN
设计实验——用打点计时器探究
平衡摩擦力：
将长木板平放在实验桌上，在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木板。
反复移动薄木板的位置，直至小车在斜面上运动时以保持匀速运动状态。
这时小车受到的摩擦力(包括小车所受摩擦力和打点计时器对小车之后所拖纸带的摩擦力)恰好与小车所受的重力在斜面方向上的分力平衡。
设计实验——用打点计时器探究
绳子的拉力等于钩码的重量吗？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。
什么情况下钩码重力可以近似等于绳子拉力即小车所受的合外力？
理论计算表明：
在钩码质量远小于小车质量时，线的拉力近似等于钩码的重力。
钩码重力近似等于绳子拉力，即小车受到合外力近似等于砝码的重力。
设计实验——用打点计时器探究
设计实验——用气垫导轨探究
光电门
数字计时器
气垫导轨装置
设计实验——用气垫导轨探究
或
等于小车所受合外力
设计实验——设计对比实验
由于两小车同时启动、同时停止，故运动时间相同。
设计实验——设计对比实验
小车所受合力大小等于绳子的拉力吗？若不是，应该如何处理？
需要平衡摩擦力在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木板，反复移动木板的位置，直至小车在斜面上运动时保持匀速运动状态，这时小车拉着纸带运动受到的摩擦力恰好与小车所受的重力在斜面方向上的分力平衡。
F
G
f
FN
设计实验——设计对比实验
保持力不变
保持小车质量不变
探究加速度与质量的关系
探究加速度与力的关系
桶和砝码的质量要比小车的质量小很多（保证钩码重量近似等于小车所受合外力）
知道探究加速度与力、质量的关系的实验装置。
知道两辆小车的位移比就是加速度比。
实验：探究加速度与力、质量的关系
①探究加速度与力的定量关系，
②探究加速度与质量的定量关系。
实验目的
①当质量一定时，研究加速度与合外力的关系?
?
?
?
?
?，
②当力一定时，研究加速度与质量的关系?
?
?
?
?
?
?
?。
采用控制变量法：
实验原理
实验器材
细线
小车
砝码
托盘
带有定滑轮的长木板
打点计时器、纸带、天平、刻度尺
实验步骤
a?.用天平测出小车的质量。
b?.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。
c
.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。
d?.改变钩码质量，多测几组数据。
e
.控制钩码质量不变，改变小车质量，再测几组数据。
f
.设计表格，记录实验数据。
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：
实验步骤
实验步骤
保持物体的受力F?不变，改变小车的质量，分析不同质量的小车在相同的力的作用下，加速度与质量的关系：
知道当物体的质量一定时候，其加速度与所受的外力成正比
知道当外力一定时，物体的加速度与质量成反比
实验：探究加速度与力、质量的关系的数据分析
数据处理——图表法
探究加速度与合力的关系
当物体质量一定时，加速度与力成正比。
数据处理——图表法
当外力F?一定时，
物体的加速度与其质量成反比，
即：
如何画图更直观？
实验结论
注意事项
实验时，小车应靠近打点计时器，且应先接通电源，待打点计时器工作稳定后再放开小车。
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。
平衡摩擦力时，不要挂重物。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。整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变盘和砝码的质量还是改变小车及砝码的质量，都不需要重新平衡摩擦力。
注意事项
各纸带上的加速度a，都应是该纸带上的平均加速度。
做图像时，要使尽可能多的点在所做的直线上，不在直线上的点应尽可能对称分布在所做直线两侧。离直线较远的点时错误数据，可舍去不予考虑。
未平衡摩擦或平衡摩擦不到位的图像
平衡摩擦过度的图像
实验：探究加速度与力、质量的关系的误差分析
误差分析
如果实验过程中，木板垫起的高度不够大，即平衡摩擦不够，试分析这种情况下得到的a-F?图象如何？
误差分析
如果实验过程中，木板垫起的高度过大，得到的a-F图象又是如何？
误差分析