4.2实验：探究加速度与力、质量的关系 课件-2024-2025学年高一上学期物理人教版（2019）必修第一册

m F1 m F2 F1<F2 m2 F m1<m2 m1 F a1<a2 a1＞a2 注意：这里的力指的是物体所受的合力 这说明加速度a 与F和m有关系。它们之间到底啥关系呢？ 实验 实验：探究加速度与力、质量的关系 牛顿运动定律 研究方法：控制变量法 分析思考：采用什么样的物理方法来 研究a与F合、m的定量关系呢？ (1)保持m不变，研究a 与F合的关系。 （2)保持F合不变，研究a与m的关系。 实验探究： a、F合、m的关系 一、研究目的 ： 定量分析a、F合、m的关系 二、研究方法 ： 控制变量法 A、m一定时，a与F合的定量关系 B、F合一定时，a与m的定量关系 砝码与小盘 纸带 打点 计时器 小车 小车: 打点计时器: 测量小车运动过程中的加速度 砝码与小盘：重力提供拉力 研究对象，可用天平称其质量 合力 F = ? G FN F f 三、【实验原理】 实验装置 平衡摩擦力： G G1 FN f G1平衡摩擦力 f。 注意: (1)M为小车的总质量(小车与砝码)。 (2)m为重物(砝码与小盘)的总质量。 理论计算表明：当M≥m时，线的拉力近似等于重物的重力。 只要把木板倾斜到物体在斜面上大致能够匀速下滑(纸带也可看出) 三、【实验器材】 打点计时器，纸带及复写纸，小车，一端附有滑轮的长木板，小盘和砝码，细绳，低压交流电源，导线，天平，刻度尺． 四、【实验步骤】 1．用天平测出小车、砝码的质量M和小盘与砝码的总质量m，把数据记录下来． 2．安装好实验装置，在小车上装好纸带，纸带另一端穿过计时器限位孔，调整木板倾斜程度，平衡摩擦力。 【实验步骤】 3．控制小车质量不变，用细线将小盘与小车相连（小盘质量远小于小车质量），先打开打点计时器，后释放小车，测出一组数据。 4．改变小盘内砝码个数，多测几组数据。算出每条纸带对应的加速度的值，填入表格中。 5．保持小盘内砝码个数不变，改变小车质量，再测几组数据。并将对应的质量和加速度的值，填入表格中。 五、【数据处理】 1．实验数据的记录处理：M一定，a与F合关系 实验次数 F合(N) a(m/s2) 1 2 3 4 5 0.10 0.146 0.20 0.302 0.30 0.428 0.40 0.592 0.50 0.751 F合/ N a/m·s -2 0.15 0.30 0.45 0.60 0.75 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 如何更直观地处理数据？ 结论：M一定时，a与F合成正比。即， a∝F合 【数据处理】 2．实验数据的记录处理：F合一定，a与 M的关系 次数 M/kg a/m ·s -2 1 0.400 0.861 2 0.500 0.692 3 0.750 0.470 4 1.000 0.352 5 1.200 0.290 1/m kg -1 2.50 2.00 1.33 1.00 0.83 M/ kg a/m·s -2 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 a/m·s -2 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 /kg -1 M 1 结论：F合一定时， a与 M成反比。即， a∝1/M 化曲为直法 六、【实验结论】 (1)：质量M一定时，加速度a与F合成正比。 (2)：F合一定时，加速度a与质量M成反比。 F合/ N a/m·s -2 0.15 0.30 0.45 0.60 0.75 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 A (1): A线产生的原因是平衡摩擦力过大造成的。 B C D (2): B线表示未平衡摩擦力或摩擦力平衡不够。 (3): C-D线表示未满足m(小盘和砝码质量)远小于M(小车质量与砝码）。 七、【误差来源】 1．测量误差： （1）质量的测量． （2）打点间隔距离的测量． 2．操作误差： （1）拉线或纸带不与木板平行． （2）倾斜角度不当，平衡摩擦力不准． 3．原理误差： 本实验中用小盘和砝码的总重力代替小车受到的拉力(实际上小车受到的拉力要小于小盘和砝码的总重力)，存在系统误差. 1. 在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，渗透了研究问题的多种科学方法： (1)实验环境的等效法：_______________________； (2)实验条件设计的科学方法：___________________； (3)实验原理的简化：_______________________，即当小车质量M车≫m沙时，细绳对小车的拉力大小近似等于沙及桶的总重力m沙g； (4)实验数据处理的科学方法：__________________； (5)由a－M车图象转化为a－1/M车图象，所用的科学方法：__________。 (以上各题均选填“理想实验法”、“图象法”、“平衡摩擦力法”、“化曲 为直法”、“控制变量法”或“近似法”) 平衡摩擦力法 控制变量法 近似法 图像法 化曲为直法 （1） 2.（高考）：在“验证牛顿第二定律”的实验中，实验装置如图（1）所示，有两位同学通过测量作出a－F图象，如下图（2）所示甲、乙中的A、B图线．试分析： （2） ①．A图线不通过坐标原点的原因是________ ______________________________；A图线上部弯曲的原因是________________________________。 没有平衡摩擦力或摩擦力平衡不够 未满足小盘和砝码质量远小于小车质量 ②．B图线在纵轴上有截距产生原因是？ 平衡摩擦力时，长木板倾角过大，小车沿斜面向下分力大于摩擦力，使尚未对小车施加力时，小车已有加速度． 3、两个相同的小车并排放在光滑水平桌面上，小车前端系上细线，线的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘里分别放有不同质量的砝码(图3甲)。小车所受的水平拉力F的大小可以认为等于砝码(包括砝码盘)所受的重力大小。小车后端也系有细线，用一只夹子夹住两根细线(图乙)，控制两辆小车同时开始运动和结束运动。 由于两个小车初速度都是零，运 动时间又相同，因为，即 x∝a，所以只要测出两小车位移x之 比就等于测出它们的加速度a之比。 实验结果是：当两小车质量相同时，______________ ；当拉力F相等时，______________。 实验中用砝码(包括砝码盘)所受的重力G＝mg的大小作为小车所受拉力F的大小，这样做会引起实验误差，为了减小这个误差，G与小车所受重力Mg之间需要满足的关系是：___________。 加速度与拉力成正比 加速度与质量成反比 $$