4.2实验：探究加速度与力、质量的关系-2023-2024学年高一物理备课高效互动课件（人教2019必修第一册）

高中物理必修一 第四章 牛顿运动定律 4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系 高中物理必修一 第四章 牛顿运动定律 思考： 牛顿第一定律告诉我们，力是改变物体运动状态的原因，惯性是保持物体运动状态的原因。（物体运动状态的改变产生了加速度，影响惯性的唯一因素是物体的质量。）那么力与质量和加速度有什么关系？ 一 实验原理 现象：1、空载的汽车和满载的汽车相比更容易加速； 2、赛车为了加速快安装功率强大的发动机， 猜想：物体的加速度与力和质量有什么定量的关系？ 一 实验装置 小车、砝码、槽码、细线、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、交变电源、纸带、刻度尺、天平。 测小车加速度 测小车的质量 重力为小车受到的力 二 实验原理 1、实验探究方法：控制变量法 (1)探究加速度与力的关系 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，测得不同拉力下小车运动的加速度，分析加速度与拉力的定量关系。 (2)探究加速度与质量的关系 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对应的加速度，分析加速度与质量的定量关系。 二 实验原理 2.加速度的测量 方法1： 由纸带根据公式Δx＝aT2结合逐差法计算出小车的加速度。 方法2： 不直接测量加速度，求加速度之比。例如：让两个做初速度为0的匀加速直线运动的物体的运动时间t相等，测出各自的位移x1、x2，则 a1 : a2 = x1 : x2，把加速度的测量转换成位移的测量。 3、力的测量 在阻力得到补偿的情况下，小车受到的拉力等于小车所受的合力。 ①在槽码的质量比小车的质量小得多时，可认为小车所受的拉力近似等于槽码的重力。 ②使用力传感器可以直接测量拉力的大小，不需要使槽码的质量远小于小车的质量。 二 实验原理 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(小车上先不系细线)。 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木板上运动时可保持匀速直线运动为止(纸带上相邻点间距相等)。 4、把细线绕过定滑轮系在小车上，另一端挂上槽码。保持小车质量不变，改变槽码的个数，以改变小车所受的拉力。处理纸带，测出加速度。 5、保持槽码个数不变，即保持小车所受的拉力不变，在小车上增减砝码，重复上面的实验，求出相应的加速度。 三、实验步骤 四、数据处理 1、m一定时，分析加速度a与拉力F 的定量关系 以加速度a为纵坐标，以拉力F为横坐标，根据测量数据描点，然后作出a－F图像，如图所示，若图像是一条过原点的倾斜直线，就能说明a与F成正比。 2.F 一定时，加速度a与质量m的定量关系 以a为纵坐标，以1/m为横坐标，根据测量数据描点，然后作出a－1/m图像。若图像是一条过原点的倾斜直线，说明a与1/m 成正比，即a与m成反比。 五、误差分析 1.系统误差： 本实验中用槽码的重力代替小车受到的拉力(实际上小车受到的拉力要小于槽码的重力) 2.偶然误差 (1)质量的测量 (2)打点间隔、距离的测量 (3)倾斜角度不当，补偿阻力不足或过度 六、注意事项 1.补偿阻力： 在补偿阻力时，不要把悬挂槽码的细线系在小车上。 2.质量关系： 小车与车上所加砝码的总质量远大于槽码的质量。只有如此，小车受到的拉力才可视为等于槽码的重力。 3.打点计时器的位置： 改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先启动电源，再放开小车，且应在小车到达滑轮前按住小车。 4.作图规则： 作图像时，要使尽可能多的点落在所作直线上，不在直线上的点应尽可能均匀分布在直线两侧，离直线较远的点舍去不予考虑。 课堂练习 1、一同学利用如图甲所示的实验装置探究质量一定时加速度a与力F的关系。另一同学在图甲实验装置中的小车上固定一个力传感器如图乙来完成实验。下列关于实验操作的说法中正确的是( ) A. 图甲实验中，小车由静止开始运动后所受拉力大小等于所挂槽码的重力。 B. 图乙实验中，木板水平时，力传感器上的读数等于小车所受合力的大小。 C. 图乙实验中，所挂槽码的质量应远小于小车的质量。 D. 图甲、图乙两个实验中，为得到质量一定时a与F成正比，都需要补偿阻力。 D 课堂练习 2、“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”的实验装置如图甲所示