04-02实验：探究加速度和力、质量关系-2023-2024学年高一物理精编动态课件（人教版2019必修第一册）

02.实验：探究加速度和力、质量关系 问题：牛顿第一定律的内容是什么？包含哪几层意思？ 内容：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。 惯性：保持匀速直线运动状态或静止状态的性质 原因：力是改变运动状态的原因 力改变运动状态改变速度产生了加速度 所以力也是产生加速度的原因 问题：加速度是否只与力有关？如果不是还与什么有关系? 同样的力作用在不同的物体上，产生的加速度不一样，说明加速度还与物体的质量有关系。 问题：如何研究加速度a与合外力F、质量M之间的定量关系？ 研究方法：控制变量法 问题：本实验怎样用控制变量法？ 保持M不变，研究a与F的定量关系 保持F不变，研究a与M的定量关系 猜想a与F，M之间的关系： M不变，力越大，加速度越大，a∝F F不变，质量越大，加速度越小， a∝1/M 问题：如何设计实验，需要哪些仪器？需要测量哪些物理量，有什么注意点？ 方案一: 仪器： 导轨，带细线小车M，打点计时器，纸带，钩(槽)码m，大砝码 ，天平，刻度尺 问题：如何测量拉力？如何改变拉力F？ 拉力F 钩码的重力，即F≈mg（只有在M>>m 时才成立），改变拉力只要改变钩码个数。 问题：如何测量质量？如何改变质量M？ 质量M天平，改变拉力可在小车里放大砝码。 问题：如何测量加速度？ 加速度a 通过测量纸带求得 方案一: 仪器： 导轨，带细线小车M，打点计时器，纸带，钩(槽)码m，大砝码 ，天平，刻度尺 问题：如何消除摩擦阻力的影响？ 补偿阻力(平衡摩擦力)，导轨把一端垫高，看小车是否能做匀速直线运动(看纸带点迹是否均匀) 注意点： 平衡摩擦力（不要挂钩码，要固定纸带），确保 M>>m，细线与木板平行，小车靠近打点计时器释放，先通电后释放纸带。 进行实验： 一、M不变的情况下，研究a与F的关系 实验步骤： 1.安装实验装置，在小车上固定好纸带，纸带另一端穿过计时器限位孔； 2.调整木板倾斜程度，平衡摩擦力； 3.用细线将槽码与小车跨过滑轮相连，调节滑轮高度使细线与木板平行； 4.打开打点计时器，释放小车，测出一组数据； 5.改变槽码质量(即改变拉力大小)，多测几组数据； 6.设计表格，记录实验数据并分析。 如何穿纸带： 数据处理 计算牵引力与加速度：用纵坐标表示加速度 a，横坐标表示牵引力F，作a — F 图象 结论：小车质量M不变的情况下， a∝F 次数 牵引力F/N 加速度a 1 0.20 0.10 2 0.30 0.15 3 0.40 0.21 4 0.50 0.26 5 0.60 0.30 F/N a/m·s－2 0 0.10 0.20 0.30 0.40 0.20 0.40 0.60 进行实验： 二、F不变的情况下，研究a与M的关系 实验步骤： 利用之前的装置继续实验 1.用天平测出小车的质量，保持槽码质量不变(即拉力不变)； 2.打开打点计时器，释放小车，测出一组数据； 3. 改变小车质量(在小车内放大砝码)，再测几组数据。(注意：每次改变小车质量不需要重新平衡摩擦力) 4.整理器材。 5.设计表格，记录实验数据并分析。 数据处理 计算小车质量与加速度：用纵坐标表示加速度 a，横坐标表示牵引力M，作a — M 图象 结论：合外力F不变的情况下， a∝1/M 注意：作图作了化曲为直的方法 次数 小车质量M 加速度a 1 2 3 4 5 a 0 M M 1 方案二（对比法）: 方案三（光电门）: 探究加速度和力、质量关系结论： 小车质量M不变的情况下， a∝F 合外力F不变的情况下， a∝1/M F a 0 没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不彻底（垫得太低） F a 0 平衡摩擦力过度（垫得太高） 思考：如果某同学画出的图象如下图，是出现了什么情况？ 1/M (kg -1) a/m·s -2 0 红色弯曲原因是不再满足小车质量远大于小盘及砝码质量 例1.关于“探究加速度与力、质量的关系”实验，下列说法中正确的是（ ） A. 本实验采用的方法是控制变量法 B. 探究加速度与质量的关系时，应该改变拉力的大小 C. 探究加速度与力的关系时，作a−F图象应该用折线依次将各点连接起来 D. 探究加速度与质量的关系时，为了直观判断二者间的关系，应作出a−M图象 A 例2.某组同学实验得出数据，画出的a−F图象如图所示，那么该组同学实验中出现的问题可能是（ ） A. 实验中平衡摩擦力时长木板 垫起的角度太小 B. 实验中平衡摩擦力时长木板 垫起的角度太大 C. 实验中绳子拉力方向没有跟木板平行 D. 实验中不满足“砂桶和砂的总质量远小于小车质量”的条件 B 例3.在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中： (1)某同学在接通电源进行实验之前， 将实