4.2实验：探究加速度与力、质量的关系 课件21张PPT—2021-2022学年高一上学期物理人教版（2019）必修第二册

(共21张PPT)
4.2
实验：探究加速度与力、
质量的关系
运动
力
1、探究加速度与力的关系
2、探究加速度与质量的关系
3、掌握利用图象处理数据的方法
教学目标
一、确定研究方法
应该采用什么样的物理方法来研究a与F合、m的定量关系呢?
实验思路：
保持F合不变，研究a与m的关系。
研究方法：
控制变量法
保持m不变，研究a与F合的关系;
二、实验设计
（一）、实验器材:
纸带及复写纸、打点计时器、小车、细绳、砝码、一端附有定滑轮的长木板、小木块、低压交流电源、天平(带有一套砝码)、刻度尺。
如何测出小车的加速度、质量、力（合外力）？
1、可用天平测出小车质量M
2、从打点计时器打出的纸带计算出小车的加速度a
研究对象，
如何测小车受到的合外力F？
（二）、物理量测量:
平衡摩擦力
研究对象，
为简化运算，如何做可以让绳的拉力等于小车受到的合外力F？
F
f
3、F合测量:
G
FN
G
G1
FN
f
G1=f.
G2
F
原则：利用重力的分力平衡摩擦力和斜面弹力。小车受到的合外力等于绳的拉力F
为再简化，如何让拉力等于钩码重力
（即合外力等于钩码重力）？
标准：将木板垫上薄木块，使小车在不挂钩码，但要连接纸带，观察纸带上点均匀即可）.
注意：只需平衡一次摩擦力
由实验可知：当钩码质量m远远小于小车的质量M时,即m《
M，可认为钩码重力近似等于绳子拉力（即F=G）。
钩码重力G=mg是否等于小车受到的拉力F？
研究对象，
F
F?
G
终级目标：
小车的受到的合外力=绳的拉力≈钩码的重力
如何让拉力等于钩码重力
（即合外力等于钩码重力）？
三、实验步骤:
1.用天平测出小车的质量M;
2.安装好实验装置，在小车上装好纸带（不挂钩码），
纸带另一端穿过计时器限位孔，调整木板倾斜程度，
直到小车拖着纸带做匀速直线运动，从而平衡摩擦力;
3.控制小车质量不变，用细线将钩码与小车相连，打开打点计时器，释放小车，测出一组数据;
4.改变钩码质量m（钩码质量远小于小车质量），多测几组数据;
5.控制钩码质量不变，改变小车质量（不需再平衡摩擦力），再测几组数据.
F/
N
a/m·s
-2
0.15
0.30
0.45
0.60
0.75
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
6、数据处理
当小车质量不变时
次数
F/N
a/m
·s
-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
如何更直观地处理数据？
保持m小车不变，研究a与F的关系;
作图时，要使尽量多的点在直线上，不在直线上的点应对称分布在直线的两侧，误差较大的舍去.
结论：保持m不变，a与F合成正比
m/
kg
a/ms
-2
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
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
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
0.400
0.861
0.500
0.692
0.750
0.470
1.000
0.352
1.200
0.290
当拉力不变时
m
1
怎样化曲线为直线？
保持F不变，研究a与m小车的关系。
结论：保持F合不变，a与m成反比
四、实验结论
保持m不变，a与F合成正比
保持F合不变，a与m成反比
五、误差分析
思考：实验后根据实验数据作出了a—F关系图线如图甲、乙所示；请分析其原因各是什么？
甲
乙
没加拉力就产生了加速度，
当加一定的拉力后，还没产生加速度，
说明有较大的摩擦力影响，说明还没有平衡摩擦力或是平衡摩擦力不足。
说明木板抬起角度太大，
即平衡摩擦力过度
其他设计方案
以小车、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。
光电门1
光电门2
挡光板
△x
X/t
参考方案三:利用气垫导轨来探究
光电门
数字计时器
气垫导轨
1．按实验要求装置好器材后，应按一定步骤进行实验，下列操作步骤的安排顺序不尽合理，请按合理的顺序将字母代号填写在下面横线上____________________．
CDEBAGF或CDEABGF
A．保持砂桶里砂子的质量不变，在小车里加砝码，测出加速度，重复几次．
B．保持小车质量不变，改变砂桶里砂子的质量，测出加速度，重复几次．
C．用天平测出小车和小桶的质量．
D．平衡摩擦力，使小车近似做匀速直线运动．
E．挂上小桶，放进砂子，接通打点计时器的电源，放开小车，在纸带上打下一系列的点．
F．根据测量的数据，分别画出a-F和a-m图象
G．在每条已打点的纸带上，选取比较理想的部分，算出加速度．
2、某次实验用打点计时器交流电的频率为50Hz，纸带的记录如图4-2-9所示，图中前几个点模糊，因此从A点开始每打五个点取一个计数点，其中B、C、D、E点的对应速度
vB=
m/s,
vC=
m/s,
vD=
m/s,
vE=
m/s，由此测得小车的加速度a=
m/s2
0.253
0.328
0.403
0.478
0.75
3．如图是某些同学根据实验数据画出的图象，下列说法中正确的是
(
)
A．形成图甲的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大
B．形成图乙的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小
C．形成图丙的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大
D．形成图丁的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小
AD
乙图，小车质量无限大时，绳的拉力不起作用。应该是“小车的重力分力与摩擦力差”起到作用。产生加速度，说明平衡过度。
丁图，小车质量取值正常时，绳的拉力起作用，但并末产生加速度。
说明平衡不足。
5．图为“探究加速度与力、质量的关系”实验中用打点计时器打出的一条较理想的纸带，纸带上A、B、C、D、E、F、G为七个相邻的计数点，相邻计数点间的时间间隔为0.1
s，各计数点间距离如图中所示，单位是cm．小车的加速度是多少？
解析：
x1＝2.80
cm　
x2＝4.40
cm
x3＝5.95
cm
x4＝7.60
cm
x5＝9.15
cm
x6＝10.75
cm
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.
0
a
F
0
a
m
m
1