第四章 第二节 实验：探究加速度与力、质量的关系-【正禾一本通】2023-2024学年新教材高一物理必修第一册同步课堂高效讲义配套课件（人教版）

物理 必修第一册（人教） 第四章 运动和力的关系 第二节 实验：探究加速度与力、质量的关系 预习新知·理清实验过程 导学第一步 定滑轮 交流 控制变量 物体质量 物体受力 匀速 远小于 aT 2 要点探究·培优关键能力 导学第二步 题组集训·当堂达标检测 导学第三步 [实验目的] 1.学会用控制变量法探究物理规律。 2.探究加速度与力、质量的关系。 3.掌握利用图像处理数据的方法。 一、实验器材 打点计时器、纸带、复写纸片、小车、一端附有 的长木板、槽码、夹子、细绳、 电源、导线、天平(带有一套砝码)、刻度尺。 二、 实验原理 1．实验思路 (1)实验的基本思想—— 法。 (2)设计思路 ①若探究加速度与物体受力的关系，应控制 不变。保持小车质量m不变，通过增减槽码的方式改变作用于小车的力F，测出小车相应的加速度a，则可得a与F的关系。 ②若探究加速度与物体质量的关系，应控制 不变。保持拉力F不变，通过在小车上增减槽码的方式改变小车的质量m，测出相应的加速度a，则可得a与m的关系。 2．三个物理量的测量方法 (1)拉力的测量 ①平衡小车所受阻力 a．将木板一端垫高； b．使小车不挂重物时能 运动； c．这种情况下，小车重力沿斜面向下的分力恰好抵消其所受摩擦力及其他阻力。 ②使小车所受拉力等于槽码的重力 只有所挂槽码的质量 小车的质量时，才可以近似认为槽码的重力等于小车所受的拉力，即F≈mg。 (2)研究对象质量的测量 ①利用天平测出小车的质量； ②为了改变小车质量，可在小车中增减槽码。 (3)加速度的测量 方法1：让小车做初速度为0的匀加速直线运动。用刻度尺测量小车的位移x，用秒表测量小车运动的时间t，由a＝ eq \f(2x,t2) 计算加速度a。 方法2：利用打点计时器打出的纸带测量加速度a。 ①放在长木板上的小车在拉力的作用下做匀加速直线运动。 ②应用刻度尺测量计数点之间的距离。 ③利用逐差公式Δx＝ 计算对应的加速度大小。 方法3：让两个小车做初速度为0的匀加速直线运动，在相等的时间内，由x＝ eq \f(1,2) at2知 eq \f(x1,x2) ＝ ，测量加速度转换成测量位移。 三、实验步骤 1．用天平测出小车的质量m，并把数值记录下来。 2．按如图所示的装置把实验器材安装好(小车上先不系细绳)。 3．补偿阻力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫上垫木，反复移动垫木位置，启动打点计时器，直到轻推小车使小车在斜面上运动时可保持匀速直线运动为止(纸带上相邻两点间距相等)，此时小车重力沿斜面方向的分力等于打点计时器对小车的阻力和长木板的摩擦阻力及其他阻力之和。 4．把小车停在打点计时器处，挂上槽码，先接通电源，待打点计时器打点稳定后，再让小车拖着纸带在木板上匀加速下滑，打出一条纸带，纸带记录了小车的运动情况，取下纸带并在纸带上标上编号及此时所挂槽码总重力mg。(注意操作先后顺序) 5．加速度与力的关系：保持小车的质量不变，改变槽码的个数，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槽码的总重力，处理纸带，求出加速度，将结果填入表1中。 表1　小车质量一定 实验次数 1 2 3 4 5 拉力F/N 加速度a/(m·s－2) 6.加速度与质量的关系 (1)保持小车所受的合外力不变，在小车上加槽码，先接通电源，待打点计时器打点稳定后放开小车，用纸带记录小车的运动情况；取下纸带，并在纸带上标上编号及小车和槽码的总质量m1。 (2)继续在小车上增加槽码，重复步骤(1)，多做几次实验，在每次实验得到的纸带上标上编号及小车和槽码的总质量m2、m3……，求出相应的加速度，把数据记录在表2中。 表2　小车所受的拉力一定 实验次数 1 2 3 4 5 质量m/kg 加速度a/(m·s－2) 四、数据处理 1．分析加速度a与力F的定量关系 由表1中记录的数据，以加速度a为纵坐标，力F为横坐标，根据测量数据描点，然后作出a ­F图像，如图甲所示，若a ­F图像是一条通过原点的直线，就能说明a与F成正比。 2．分析加速度a与质量m的定量关系 由表2中记录的数据，以加速度a为纵坐标，以小车和槽码的总质量的倒数 eq \f(1,m) 为横坐标，根据测量数据描点，然后作出a ­ eq \f(1,m) 图像，如图乙所示。若a ­ eq \f(1,m) 图像是一条过原点的直线，就能说明a与 eq \f(1,m) 成正比，即a与m成反比。 五、实验结论 1．保持物体质量不变时，物体的加速度a与所受拉力F成正比。