第5章 第2节 科学探究：加速度与力、质量的关系（课件PPT）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理必修第一册（鲁科版2019）

科学探究：加速度与力、质量的关系 第2节 (实验课—基于经典科学探究) 一、实验装置 二、实验原理 1．保持小车的质量M不变，通过增减重物的方式改变作用于小车的拉力F，测出小车的对应加速度a，可得a与F的关系。 2．保持拉力F不变，通过在小车上增减砝码的方式改变小车的质量M，测出小车的对应加速度a，可得a与M的关系。 一、实验步骤　 1．安装实验器材 将小车置于带有定滑轮的木板上，将纸带穿过打点计时器后挂在小车尾部。 2．平衡摩擦力 用薄垫块将木板一端垫高，调整其倾斜程度，直至小车运动时打点计时器在纸带上打出的点分布均匀为止。 3．悬挂重物 在细绳一端挂上重物，另一端通过定滑轮系在小车前端。注意重物质量应远小于小车质量。 4．收集纸带数据 小车靠近打点计时器后开启打点计时器，稍后再将小车由静止释放，打点计时器在纸带上打出一系列的点，据此计算出小车的加速度。 5．改变小车受力 (1)保持小车的质量不变，通过增加小钩码的数量，增加重物的质量(总质量仍远小于小车质量)； (2)重复步骤4，多做几次实验，并记录好相应纸带的编号及所挂重物的总重力m1g、m2g、m3g、…。 6．改变小车质量 (1)保持重物(小车所受的拉力)不变，通过增加或减少小车上的砝码的方式，改变小车的质量，接通电源后放开小车，用纸带记录小车的运动情况。取下纸带，并在纸带上标上号码及小车和砝码的总质量M1； (2)继续在小车上增减砝码，重复前面的步骤，多做几次实验，在每次实验得到的纸带上标上号码及小车和砝码的总质量M2、M3、…。 7．求加速度的方法 根据公式Δs＝aT2，采用逐差法计算小车加速度。将得到的数据填入相应的表格，以便进行数据处理。 二、数据处理　 1．加速度和力的关系 (1)列F、a数据收集表格 根据实验操作，将相同质量的小车(小车和砝码)在不同力作用下产生的加速度填在表中： 实验序号 1 2 3 4 5 作用力(钩码           的重力)F/N           加速度a/(m·s－2)           (2)作a－F图像的方法 以a为纵坐标、F为横坐标，根据数据作a－F图像，用曲线拟合测量点，找出规律，分析a与F的关系。 2．加速度和质量的关系 (1)列M、a数据收集表格 把不同质量的小车(小车和砝码)在相同力的作用下产生的加速度填在表中： 实验序号 1 2 3 4 5 小车和砝码           质量M/kg           /kg－1           加速度a/(m·s－2)           3．实验结论 分析数据及图像，得到的实验结论： (1)对同一物体，当M不变时，a和F成正比。 (2)对不同物体，当F不变时，a和M成反比。 三、注意事项　 1．打点前小车应靠近打点计时器且应先接通电源后释放小车。 2．在平衡摩擦力时，不要悬挂重物，但小车应连着纸带且接通电源。用手轻轻地给小车一个初速度，如果在纸带上打出的点的间隔均匀，表明小车受到的阻力跟它受到的重力沿斜面向下的分力平衡。 3．改变重物的质量的过程中，要始终保证重物的总质量远小于小车的质量。 4．作图时应使所作的直线通过尽可能多的点，不在直线上的点也要尽可能的对称分布在直线的两侧，但若遇到个别偏离较远的点可舍去。 四、误差分析　   产生原因 减小方法 偶然误差 质量测量不准、计数点间距测量不准 多次测量求平均值 小车所受拉力测量不准 准确平衡摩擦力②使细绳和纸带平行于木板 作图不准 使尽可能多的点落在直线上或均匀分布在直线两侧，误差较大的点舍去 系统误差 重物的总重力代替小车所受的拉力 使重物的总质量远小于小车的质量 1．平衡摩擦力的操作过程中，要不要挂钩码？为什么？ 提示：实验过程中，为确保细线拉力的大小为小车所受合力的大小，故平衡时不需挂钩码。 2．平衡摩擦力的操作过程中，要不要拖动纸带？为什么？ 提示：需要平衡的摩擦力包括纸带与打点计时器间的摩擦，所以平衡摩擦力的过程中需要拖动纸带。 [关键点反思] 3．改变小车质量时，需要重新平衡摩擦力吗？ 提示：不需要重新平衡摩擦力，因为如果已经平衡了摩擦力，木板的倾角是一个定值，且保证了Mgsin θ＝μMgcos θ，即μ＝tan θ，此时小车在木板上，就可以认为受力平衡。如果小车质量改变，μ＝tan θ关系仍不变，所以轻推小车仍然可做匀速直线运动。 考法(一)　实验原理与操作 [例1]　用如图所示的装置研究作用力F一定时，小车的加速度a与小车质量M的关系，某位同学设计的实验步骤如下： A．用天平称出小车和小桶及内部所装沙子的质量； B．按图安装好实验器材； C．把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂沙桶； D．将电磁打点计时器接在6 V电压的蓄电池上，接通电源，放开小车，打点计时器在纸