4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系 教学课件-2023-2024学年高一上学期物理人教版（2019）必修第一册

4.2 实验:探究加速度与力、质量的关系 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。 1、力是产生加速度的原因。 2、惯性只与质量有关,质量越大惯性越难改变。 加速度与力的关系 加速度与质量的关系 这说明,加速度与力、质量之间必然存在一定的关系。下面我们来探究加速度与力、质量之间的定量关系。 一、实验思路 请说出你的设计思路并和同学们讨论确定实验探究方案。 1、你认为应该如何完成这个探究实验? 2、比如,研究什么物体? 5、如何测量该物体受到的力? 4、如何测量该物体的加速度? 3、怎样分析数据? 1、实验目的 2、实验设计 加速度a与力F的关系 加速度a与质量m的关系 1、测量哪些量 2、怎么测量 控制变量法 m: a: F: 天平 打点计时器 物体所受的合力 a、F、m 3、进行实验 4、利用表格分析数据 用图所示的装置可以完成这个探究实验。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。 1、加速度a与力F的关系 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? 加速度a与力F的关系 保持小车质量不变,通过改变槽码的个数改变小车所受的拉力。小车所受的拉力可认为与槽码所受的重力相等。测得不同拉力下小车运动的加速度,分析加速度与拉力的变化情况,找出二者之间的定量关系。 生活经验:用力推质量大的物体,物体会获得小的加速度;而用相同的力推质量小的物体,物体会获得大的加速度。 加速度可能与质量成反比? 2、加速度a与力m的关系 加速度a与力m的关系 保持小车所受的拉力不变,通过在小车上增加重物改变小车的质量。测得不同质量的小车在这个拉力下运动的加速度,分析加速度与质量的变化情况,找出二者之间的定量关系。 二、物理量的测量 1、质量的测量 托盘天平 为了改变小车的质量,可以在小车中增减砝码的数量。 2、加速度的测量 方法1 则测量小车加速度最直接的办法就是用刻度尺测量小车移动的位移x。并用秒表测量发生这段位移所用的时间t,然后由 计算出加速度a。 小车做初速度为0的匀加速直线运动。 方法2 方法3 让两个小车做初速度为0的匀加速直线运动。 测量加速度就转换成测量位移了。 3、力的测量 孤力物体是不存在的,所以实验中的F是合力。 F mg FN T Ff 参考案例1 用阻力补偿法探究加速度与力、质量的关系 把木板的一侧垫高,以补偿打点计时器对小车的阻力及其他阻力。调节木板的倾斜度,使小车在不受牵引时能拖动纸带沿木板匀速运动。 Ff G FN y x T G1 G2 调整角度另重力的分力等于阻力,这样其它力平衡掉以后,相当于小车只受拉力T,而拉力T等于砝码的重力。 增减钩码改变拉力,增减砝码改变质量,最后由方法1、2求得加速度。 参考案例2 通过位移之比测量加速度之比 把木板一端垫高,参考案例1的方法补偿阻力的影响。 运用方法3求得加速度与位移之比。 三、进行实验 拉力F 加速度a 1、加速度a与力F的关系 设计表格,通过改变槽码的个数可以成倍地改变小车所受的拉力,把测得的加速度填表。 质量m 加速度a 2、加速度a与质量m的关系 设计表格,通过增减小车中的重物改变小车的质量,把测得的加速度填表。 四、数据分析 列表格之后就是建坐标,之后描点连线。为了更直观地判断加速度a与拉力F的定量关系,我们以a为纵坐标、F为横坐标建立直角坐标系。 科学方法 控制变量(阅读) 控制变量的方法是指在研究和解决问题的过程中,对影响事物变化规律的独立因素加以人为控制,使其中只有一个因素按照特定的要求发生变化,而其他因素保持不变,以利于寻找事物发展变化的规律的方法。例如,在研究某个物理量y与另外两个变量x1、x2的关系时,先固定一个变量x2不变,研究y与另一个变量x,之间的定量关系;然后再固定变量x1不变,研究y与x2之间的关系。 本节在探究加速度与力、质量之间的关系时,就采用了控制变量的方法。以后在研究涉及多个变量的规律时,还会用到控制变量的方法,它是科学研究中常用的一种方法。 一、实验思路 用控制变量法探究加速度a与力F的关系和加速度a与质量m的关系。 二、物理量的测量 1、质量的测量,可以用天平测量质量。为了改变小车的质量,可以在小车中增减砝码的数量。 2、加速度的测量 方法1、小车做初速度为0的匀加速直线运动。 方法2、利用打点计时器。 方法3、让两个小车做初速度为0的匀加速直线运动。 3、力的测量 孤力物体是不存在的,所以实验中的F是合力,合成法测量。 实验注意: ①把木板的一侧垫高 ②小车能拖动纸带沿木板匀速运动 ③小车的质量要远大于钩码的质量 $$