5.2 科学探究：加速度与力、质量的关系—【新教材】鲁科版（2019）高中物理必修第一册课件21张PPT

(共21张PPT)
第2节
科学探究：加速度与力、质量的关系
什么是物体运动状态的改变？根据牛顿第一定律，物体运动状态改变的原因是什么？
复习思考：
？
物体运动状态的改变指的是物体的速度发生了变化
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
F1m1m
F1
m
F2
m1
F
m2
F
定性讨论
定性讨论
讨论1：加速度的大小与力有什么关系？
讨论2：加速度的大小与质量有什么关系？
结论：物体受力相同时，质量越大，加速度越小。
结论：对同一物体，受力越大，加速度越大。
加速度
与力和质量有关
?
定量关系
猜测：
？
[实验目的]　
1.探究加速度与力、质量的定量关系.
2.学会习用控制变量法探索物理规律.
3.会测量加速度、力和质量，能作出物体运动的a－F、a－
图象.
实验器材
一端附有定滑轮的长木板、小车、砝码、重物、细绳、垫块、打点计时器、
纸带、天平、刻度尺、交流电源.
【实验步骤】
1.安装实验器材:将小车置于带有定滑轮的木板上,将纸带穿过打点计时器后挂在小车尾部。
2.平衡摩擦力:用薄垫块将一端垫高,调整其倾斜程度,直到小车运动时打点计时器在纸带上打出的点分布均匀为止。
3.悬挂重物:在细线一端挂上重物,另一端通过定滑轮系在小车前端。
4.收集纸带数据:将小车靠近打点计时器后开启打点计时器,并让小车由静止释放,打点计时器在纸带上打出一系列点,据此计算
出小车的加速度。
5.改变小车受力:
(1)保持小车的质量不变,通过增加槽码的数量,增加重物的质量(总质量仍远小于小车质量)。接通电源后放开小车,用纸带记录小车的运动情况。取下纸带。并在纸带上标上号码及所挂槽码的总重力m1g。
(2)重复步骤4,多做几次实验,并记录好相应纸带的编号及所挂槽码的总重力m2g、m3g…
6.改变小车质量:
(1)保持重物(小车所受的拉力)不变,通过增加或减少小车上的砝码的方式,改变小车的质量,接通电源后放开小车,用纸带记录小车的运动情况。取下纸带,并在纸带上标上号码及小车和砝码的总质量M1。(2)继续在小车上增加砝码,重复步骤6,多做几次实验,在每次实验得到的纸带上标上号码及小车和砝码的总质量M2、M3…
7.求加速度:用公式Δx=aT2,求得小车的加速度a,将得到的数据填入相应表格中,以便进行数据处理。
数据分析
1.列F、a数据收集表:
把小车在不同力作用下产生的加速度填在表中:
物理量
1
2
3
4
5
6
作用力(槽码的重力)
加速度a
2.作a
-F图像的方法:
以a为纵坐标、F为横坐标,根据数据作a-F
图像,用曲线拟合测量点,找出规律,分析a与F的关系。
3.列M、a收集表格:
把不同质量的小车(小车和砝码)在相同力的作用下产生的加速度填在表中:
物理量
1
2
3
4
5
6
小车和砝码质量M
加速度a
4.作a
-
图像的方法:
分别以a为纵坐标、M和
为横坐标,根据数据作a-M图像和a-
图像,分析a与M的关系。
实验结论:
(1)对同一物体,当M不变时,物体的加速度a与所受力F成正比。
(2)对不同物体,当F不变时,物体的加速度a与质量M成反比。
A.用天平称出小车和小桶及内部所装砂子的质量
B.按图装好实验器材
C.把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂小桶
D.将电磁打点计时器接在6
V电压的蓄电池上，接通电源，释放小车，打点计
时器在纸带上打下一系列点，并在纸带上标明小车质量
E.保持小桶及其中砂子的质量不变，增加小车上的砝码个数，并记录每次增
加后的M值，重复上述实验
F.分析每条纸带，测量并计算出加速度的值
G.作a－M关系图象，并由图象确定a与M的关系
例1(1)用如图所示的装置研究在作用力F一定时，小车的加速度a与小车(含砝码)质量M的关系，甲同学设计的实验步骤如下：
解析　实验中把小桶及其中砂子的重力之和看成与小车所受拉力大小相等，没有考虑摩擦力，故必须平衡摩擦力且应排在步骤B之后.电磁打点计时器接在6
V电压的蓄电池上将无法工作，必须接在6
V以下交流电源上.作a－M关系图象，得到的是曲线，很难进行正确的判断，必须“化曲为直”，改作a－
关系图象.
①甲同学漏掉的重要实验步骤是
，该步骤应排在步骤
之后.
②在上述步骤中，有错误的是步骤
，应把
改为
.
答案
平衡摩擦力
B
③在上述步骤中，处理不恰当的是步骤
，应把
改为
.
D
6
V电压的蓄电池
6
V以下的交流电源
G
a－M图象
解析
(2)乙同学根据实验要求安装的实验装置如图8(图为已接通电源刚要释放纸带的情况)，请改正乙同学的五个错误.
①电源
；
②电磁打点计时器位置
；
③滑轮位置
；
④小车位置
；
⑤长木板
.
答案
解析
图8
应用6
V以下的交流电源
应靠右端
应使细绳平行于木板
应靠近打点计时器
应垫高右端以平衡摩擦力
解析　电磁打点计时器应使用低压(6
V以下)交流电源，且要固定在长木板无滑轮的一端，即应靠右端；释放小车时，小车应靠近打点计时器；连接小车的细绳应平行于木板，故应调节滑轮位置使细绳平行于木板；实验时应平衡摩擦力，使小车所受重力沿木板方向的分力与小车所受摩擦力平衡，故应垫高长木板右端以平衡摩擦力.
例2　在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，某次实验测得如下数据：当m一定时，a与F的关系如表一所示；当F一定时，a与
的关系如表二所示.
表一
F/N
1.00
2.00
3.00
4.00
a/(m·s－2)
1.90
3.95
5.85
7.62
表二
0.52
0.67
0.80
1.00
a/(m·s－2)
1.53
2.10
2.49
3.10
(1)在如图9所示的相应坐标系中，根据表一、表二所给数据作出图象.
答案
图9
答案　如图所示
答案
(2)由图象可以判定：当m一定时，a与F的关系成
；当F一定时，a与m的关系成
.
(3)在研究a与m的关系时，作了a－
图象，而没作a－m图象，那么作a－
图象的优点是___________________________________________________
.
正比
反比
a－m图象是曲线，难以找出规律；a－
图象是直线，容易
找出规律