人教版高一 必修1 物理 4.2实验：探究加速度与力_质量的关系(38张PPT)

(共38张PPT)
§4.2
实验：探究加速度与力、质量的关系
第四章
牛顿运动定律
复习思考
实验:探究加速度与力、质量的关系
牛顿第一定律
从牛顿第一定律你能做出那些思考？
物体运动状态改变的原因是什么
运动状态变化
速度变化
加速度
力
迫使
表现为
产生
产生
力是产生加速度的原因
问题
影响物体加速度的因素？
生活实例
物体的加速度与物体所受外力以及物体的质量有关
事实说明：m
一定时，F
大，加速度大
F
一定时，m
大，加速度小
a、F、m
间的定量关系？
猜想
基于简单的原则
m
一定时，F
大，加速度大
a
∝
F
猜
F
一定时，m
大，加速度小
猜
a
∝
1
m
—
实验探究
加速度
a
与合外力
F
的关系
实验设计
控制变量
1
装置设计
2
纸带
小车
托盘
保持物体质量不变，改变物体所受外力，分析加速度
a
与外力
F
的关系
2.物体的质量用＿＿测量
1.怎样测量物体的加速度？
天平
3.如何改变小车的质量？
————砝码
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、小盘、刻度尺、天平为器材，研究小车运动。
怎么得出合外力F？
从打点计时器打出的纸带计算出小车的加速度a
用天平测出小车的质量m
小盘和重物的总重力G是小车受到的合外力F吗？
思考：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？
平衡摩擦力：
平衡摩擦力是指小车所受动力（重力沿斜面分力）与小车所受阻力（包括小车所受摩擦力和打点计时器对小车所拖纸带的摩擦力）大小相等。
注意：平衡摩擦力时不要挂小桶
注意：
平衡摩擦力
将木板一侧垫高，以补偿摩擦力及其他阻力。
调节木板倾斜度，使小车在不受牵引时能拖动纸带沿木板匀速运动。
此时小盘和重物总重力才是小车受到的合外力。
小车所受合力等于细绳对小车的拉力。
只有当小车的质量远大于小盘和砝码的总质量时,小车所受拉力F才近似等于盘和砝码的总重力.
即M
>>
m时，F=mg
小车
纸
带
○○
打点计时器
电源
砝码
□
改进后的实验装置图：
把木板一端垫高，平衡小车受到的摩擦力
实验探究
实验过程
3
（1）用天平测出小车和小盘的质量
M
和m，并把
数据记录下来(要求：M
>>
m)
（2）按实验装置图把实验器材安装好，但不要把
悬挂小盘的细绳系在小车上
（3）平衡摩擦力
（4）把细绳系在小车上，并绕过定滑轮，先接通
电源再放开小车，取下纸带，并标注牵引力
（5）保持小车质量不变，在小盘内放入质量为m1
的小物体，重复上述实验
（6）重复上述实验多次后，停止实验，整理器材
实验探究
（2）数据采集
小车质量
M
=
kg
次数
牵引力
F/N
F
=
(m+mi
)g
加速度
a
/（m/s2）
1
2
3
4
5
加速度
a
与合外力F的关系
（1）控制变量
实验设计
实验探究
数据处理
数据分析
2
用纵坐标表示加速度
a，横坐标表示牵引力F
作a
—
F
图象
次数
牵引力F/N
加速度a
1
2
3
4
5
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.30
0.10
0.15
0.21
0.26
F/N
a/m·s－2
0
0.10
0.20
0.30
0.40
0.20
0.40
0.60
a
—
F
图象是一条过原点的倾斜直线
a
∝F
实验探究
加速度
a
与物体质量m
的关系
控制变量
1
实验设计
保持小车所受合外力不变，改变小车的质量
m，分析加速度
a
与质量
m
的关系
装置设计
2
实验探究
实验过程
3
（1）用天平测出小车质量
M
，并把数据记录下来
（2）按实验装置图把实验器材安装好，但不要把
悬挂小盘的细绳系在小车上
（3）平衡摩擦力
（4）把细绳系在小车上，并绕过定滑轮，先接通
电源再放开小车，取下纸带，标注小车质量
（5）保持小盘质量不变，在小车增加砝码质量为
m1，重复上述实验
（6）重复上述实验多次后，停止实验，整理器材
实验探究
数据处理
数据采集
1
牵引力
F
=
N
次数
小车质量m
=
(M+mi
)/Kg
加速度
a
/
m·s－2
1
2
3
4
5
m/
kg
a/m·s
-2
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
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
m
1
0.400
0.861
0.500
0.692
0.750
0.470
1.000
0.352
1.200
0.290
a/m·s
-2
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
/kg
-1
m
1
数据处理
数据分析
问题1
a
—
m
为曲线能否说明
a
与m
成反比？
问题2
如何进步研究？
a
0
m
m
1
实验结论
3
a
—
图象是一条过原点的倾斜直线
1
—
m
说明：在牵引力一定时，
a
与m
成反比
结论：
m一定，a∝F
F一定，a
∝1/m
注意：1.平衡摩擦力
2.小车和车上砝码的总质量远大于小
盘和盘中砝码的总质量。
方案二：以两只小车、一端带滑轮的长木板、粗线、砝码、钩码、天平、刻度尺、宽口夹子为实验器材，研究小车的运动。
小车
小车
夹子
Ｆ
Ｆ
方案二：
由于两小同时启动、同时停止,故运动时间相同
实验方案
质量保持不变
合外力保持不变
1、控制m相同，探讨加速度a与F的关系
实验方案原理：如图所示
x1
x2
F1
F2
F1,
F2，在相同的时间内:
x1=
a1t2
x2
=
a2t2
a1/
a2=x1/x2
测量出x1
、x2
2、控制F相同，探讨加速度a与m的关系
气垫导轨装置
你是否还有其他的实验方案?
光电门1
光电门2
挡光板
△x
X/t
方案三：
利用气垫导轨来探究加速度与力、质量的关系
F
a
0
某同学根据测量数据画出a-F图线，表明实验中的问题是:
没有平衡掉摩擦力
F
a
0
a
0
m
m
1
1、要平衡小车的摩擦力;
2、拉小车的钩码质量应远小于小车的质量;
3、图象法处理实验数据技巧.
实验结论：
（注意：这里的力指的是物体所受的合外力）
1、m一定，加速度a与F的定量关系：
2、F一定，加速度a与m的定量关系:
小结：
1、力是物体产生加速度的原因
2、实验方法：控制变量法
3、实验结论：
1.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
BCD
2.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__________________________________.
【解析】多余的器材是秒表、电池；缺少的是刻度尺、一端带滑轮的长木板.
答案：C、E
刻度尺、一端带滑轮的长木板
3.
在做“探究加速度与力、质量的关系”的实验时，计算出各纸带的加速度后，将测得的反映加速度a和力F关系的有关资料记录在表一中.将测得的反映加速度a和质量M关系的有关资料记录在表二中.
1.98
4.06
5.95
8.12
1.00
2.00
3.00
4.00
表一
(1)根据表中所列数据，分别画出a-F图象和a-
图象.
(2)由图象可以判定：当M一定时，a与F的关系为_____
______；当F一定时，a与M的关系为_____________.
2.04
2.66
3.23
3.98
0.50
0.67
0.80
1.00
表二
【解析】本题主要考查本实验的数据处理问题以及结合
图表综合分析问题的能力.
（1）分别画出a-F与a-
的坐标，按表中数据进行描
点，作一直线，使直线经过大多数点即可得到图象，如
图甲、乙所示.
（2）由于图线为直线，所以a与F成正比，a与M成反比.
答案：（1）见解析图
(2)正比关系
反比关系
4.在“探究加速度与力、质量关系”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如下一组实验数据
F/N
0.196
0.392
0.392
0.588
0.588
a/(m·s-2)
0.25
0.58
0.90
1.20
1.53
①请在右图所示的坐标系中画出a—F图线.
②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
AB