4.2实验：探究加速度与力、质量的关系 课件——2021-2022学年高一上学期物理人教版（2019）必修第一册

第四章 运动和力的关系 4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系 1 目录 一、上节回溯 三、小结 四、练习 二、知识讲解 2 一、上节回溯 1．伽利略理想实验 2．牛顿第一定律 2．惯性 3 　　速度是描述运动状态的物理量，加速度是描述速度变化快慢的物理量，因此加速度可以说是描述运动状态变化快慢的物理量。力是改变物体运动状态的原因，惯性大的物体运动状态越难改变，质量是惯性的唯一量度。因此加速度、力、质量之间必然存在定量的关系。那么这个关系是什么呢？ 问题引入 二、知识讲解——实验思路 4 思考 问题 1．牛顿第一定律告诉我们，当物体不受力或所受合力为零，运动状态不变。那么如果合力不为零，物体会做什么运动？ 问题 2．受力相同的物体，运动状态改变的快慢（加速度）是相同的吗？同样大小的力，满载和空载的地铁，哪个加速度大？ 问题 3．猜想加速度与力、质量的关系。 二、知识讲解——实验思路 5 猜想：加速度与力成正比，与质量成反比。 如何设计实验，验证这个猜想？思考以下几个问题 设计实验 问题 2．需要测量哪些物理量，如何控制变量？分别有几种测量方法？如何准确测量这些物理量？ 问题 3．怎样准确记录实验数据？如何利用图像法处理实验数据、获取结论？ 问题 1．若要通过实验寻找加速度与力和质量的定量关系，选取的研究对象是什么？要使研究对象怎样运动？ 二、知识讲解——实验思路 6 　　我们可以利用如右图所示的装置进行实验探究，将小车置于水平木板上，通过滑轮与槽码相连。小车可以在槽码的牵引下运动。 设计实验 加速度与力的关系　保持小车的质量不变，改变槽码数量改变小车所受的拉力，小车所受拉力可认为与槽码所受重力相等。 加速度与质量的关系　保持小车所受拉力不变，在小车上增加重物来改变小车的质量。 二、知识讲解——实验思路 7 　　如何保证小车所受的拉力等于槽码所受的重力？ 设计实验 　　槽码的质量要远远小于小车的质量，除此之外还要平衡摩擦力。 阻力补偿法：调节木板的倾斜角度，使小车在不受牵引力时能拖动纸带沿木板匀速运动。 二、知识讲解——实验思路 8 　　可以用天平测量质量。为了改变小车的质量，可以在小车中放上砝码，通过增减砝码来改变质量。 质量的测量 二、知识讲解——物理量的测量 9 　　根据打点计时器打出的纸带，计算小车在相等时间间隔内的位移差 Δx ，计算加速度的公式为 Δx＝aT 2；或计算每个点的瞬时速度，通过加速度的定义来求加速度。 加速度的测量 二、知识讲解——物理量的测量 10 加速度的测量 　　如果在实验中让另一个初速度为零做匀加速直线运动的小车，与实验中的小车同时运动相同的时间 t ，那么它们的位移之比就是加速度之比。这个方法可以把测量加速度转换成测量位移。 二、知识讲解——物理量的测量 11 力的测量 　　现实中，仅受一个力作用的物体几乎不存在。然而，一个单独的力作用效果跟它大小、方向都相同的合力的作用效果是相同的。因此实验中的作用力的含义可以是物体所受合力。 　　当平衡摩擦力后，钩码的重力可以近似看成是小车所受到的恒定的合力。 二、知识讲解——物理量的测量 12 实验目的 　　探究加速度与力、质量的定量关系。学会用控制变量法研究物理规律和运用图像处理物理问题的方法。 实验原理 　　实验中有力 F、质量 M 和加速度 a 三个变量，研究 a 与 F 及 M 的关系时，先控制质量 M 不变，研究 a 与 F 的关系；然后再控制力 F 不变，研究 a 与 M 的关系。 二、知识讲解——进行实验 13 实验器材 　　打点计时器、纸带、小车、一端附有定滑轮的长木板、小桶、细绳、钩码、低压交流电源、导线、天平（带砝码）、刻度尺、坐标纸。 二、知识讲解——进行实验 14 实验步骤 1．用天平测出小车和小桶的质量 M0 和 m0 。 2．按照图示装置安装实验仪器（要求：小车的质量远大于钩码和桶质量）。小车上不挂重物，用小木块垫起轨道的一端使轨道与水平面成一个较小的角度。角度设计要求：轻推小车，小车拖动纸带在长木板上做 运动（或者说，纸带上打出的点迹 ），这个过程目的是 。 3．在小桶中放钩码，则牵引小车的力可认为等于 。将细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂小桶，使小车靠近打点计时器，先 ，然后释放小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，断开电源，取下纸带，在纸带上标上编号以便数据处理时使用。 二、知识讲解——进行实验 15 实验器材 4．保持小车的质量不变，多次改变钩码的质量 m，重复步骤 3 再完成 4 次实验，并算出每条纸带对应的加速度的值，填入表 1 中。 5．用纵坐标表示加速度 a，横坐标表示作用力 F，即砝码和小桶的总重力 (m