4.2 探究加速度与力、质量的关系-【点石成金系列】2020-2021学年高中物理课件（2019人教版必修第一册）

§4.2 实验:探究加速度与 力、质量的关系 小车 纸带 打点计时器 生活经验：用大的力推物体，物体会获得大的加速度；而用小的力推相同的物体，物体会获得小的加速度。 加速度和力之间存在什么样的关系呢？ 温故知新: 牛顿第一定律：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。 复习思考： ？ 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 加速度a 可能与F和m有怎样的关系? 思考 m F1 m F2 F1<F2 m2 F m1<m2 m1 F a1<a2? a1＞a2? 注意：这里的力指的是物体所受的合力 物体的加速度a与所受到的合外力F、物体质量m有怎样的定量关系？ 研究方法：控制变量法 保持m不变，改变F，研究a 与F的关系; 保持F不变，改变m，研究a与m的关系。 明确几个问题: 2.如何由实验得出结论? 1.怎么设计这个实验? 1.测量哪些量? 2.怎么测量? 数据处理： m不变时，a与F关系； F不变时，a与m关系。 a、F、m m： a: F: 天平 求出物体所 受的合力 如何测量加速度a: 1.直接测量 2.间接比较 构建一匀变速直线运动 打点计时器 光电门 对应 仪器 控制运动时间t相同 a与x成正比,用x比较a的大小 【实验器材】 打点计时器，纸带及复写纸，小车，一端附有滑轮的长木板，小盘和砝码，细绳，低压交流电源，导线，天平，刻度尺． 1.用天平测出小车的质量。 2.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。 3.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。 4.改变钩码质量，多测几组数据。 5.控制钩码质量不变，改变小车质量，再测几组数据。 【实验步骤】 ◆．实验设计: 方案一：用打点计时器探究 小车： 研究对象，可用天平称其质量M. 打点计时器：测量小车运动过程中的加速度a. 砝码盘和砝码：重力mg提供拉力 合力F=? G FN F f 平衡摩擦力： G G1 FN f G1平衡摩擦力 f。 当M >>m时，可近似认为小车所受的拉力F等于mg. 演示实验1：探究加速度a与力F的关系 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 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？ 【数据处理】 1．实验数据的记录处理： M一定，a与F关系 结论：M一定时， a∝F 演示实验2：探究加速度a与质量m的关系 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 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 当拉力不变时 次数 m/kg a/m ·s -2 1 0.861 2 0.692 3 0.470 4 1 5 1.200 /kg -1 2.50 2.00 1.33 1.00 0.83 m 1 0.400 0.500 0.750 0.352 0.290 2．实验数据的记录处理：F一定，a与 M的关系 结论：F一定时， a∝1/M 光电门1 光电门2 挡光板 △x X/t 方案二:利用气垫导轨来探究 19 △ 光电门 数字计时器 小车 小车 夹子 Ｆ Ｆ 方案三： 对比试验法 由于两小同时启动、同时停止,故运动时间相等(Ｖ０＝０；ｔ相同时) 让两小车的质量相同m1=m2，两托盘钩码的个数不同 (F1≠F2) 。 探究a与 F的关系时 探究a与m的关系时 让两托盘钩码的个数相同(F1=F2) 两小车的质量不同m1≠m2 。 保持力不变 设计对比实验 保持小车 质量不变 装置图 实验方案原理 x1 x2 F1 F2 在相同的时间内，两小车移动的距离分别为: a1/ a2 = x1/x2 测量出 x1 、x2 1. 控制 m 不变，探究 a 与 F 的关系。 2. 同理，控制 F 相同，探究 a与 m 的关系。 (Ｖ０＝０；ｔ相同) ◆误差分析.M一定，a与F的关系； a/m·s-2 F/