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

第四章 运动和力的关系 第2节 实验：探究加速度与力、质量的关系 作者编号：43002 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？ 新课导入 作者编号：43002 1.设计合理的实验方案，探究加速度与力和质量的关系。 2.利用图像处理数据，从图像中发现物理规律，得出结论。 3.对实验进行误差分析，提出减小实验误差的操作方法。 学习目标 作者编号：43002 一、实验目的 1. 探究加速度与力的定量关系。 2. 探究加速度与质量的定量关系。 二、实验原理 采用控制变量法 1. 当质量一定时，研究加速度与合外力的关系 a∝F合。 2. 当力一定时，研究加速度与质量的关系 a∝1/m。 新知学习 作者编号：43002 m F1 m F2 F1 < F2 m2 F m1 < m2 m1 F 结论：当物体质量一定时，物体的加速度随着力的增大而增大。 结论：当力的大小一定时，物体的加速度随着质量的增大而减小。 注意：这里的力指的是物体所受的合外力 控制变量法 新知学习 作者编号：43002 先要明确几个问题 2. 如何由实验得出结论 ? 1. 怎么设计这个实验 ? 测量哪些量 ? 怎么测量 ? a、F、m 求出物体所受的合力 m： a: F: 天平 ？ 数据处理 m 不变时，a 与 F 关系 F 不变时，a 与 m 关系 新知学习 作者编号：43002 钩码 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 钩码：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 ★测加速度法 实验装置 新知学习 作者编号：43002 思考1：合外力在什么时候等于线的拉力？ 思考2：线的拉力在什么时候等于钩码的重力？ 平衡摩擦力：将长木板平放在实验桌上，在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木板，反复移动薄木板的位置，直至小车在斜面上运动时以保持匀速运动状态，这时小车受到的摩擦力(包括小车所受摩擦力和打点计时器对小车之后所拖纸带的摩擦力)恰好与小车所受的重力在斜面方向上的分力平衡。 理论计算表明：在钩码质量远小于小车质量时，线的拉力近似等于钩码的重力。 新知学习 作者编号：43002 砝码，一端有定滑轮的长木板，细线，纸带，导线，夹子，小盘，天平，小车，打点计时器，交流电源，复写纸，刻度尺。 三、实验器材 新知学习 作者编号：43002 1．用天平测出小车和重物的质量，并把数值记录下来。 2．按图所示将实验器材安装好(小车上不系绳)。 四、实验步骤 新知学习 作者编号：43002 3．平衡摩擦力：在木板无滑轮的一端下面垫一薄木板，反复移动其位置，直到打点计时器正常工作后不挂重物的小车在斜面上做匀速直线运动为止(纸带上相邻点间距相等)。 4．将重物通过细绳系在小车上，接通电源放开小车，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此时所挂重物的重力。 5．保持小车的质量不变，改变所挂重物的重力，重复步骤4，多做几次实验，每次小车从同一位置释放，并记录好重物的重力，以及计算出相应纸带的加速度填入表格。 新知学习 作者编号：43002 m 一定时，a ∝ F F一定时，a ∝ 1/m F/ 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 1/m (kg -1) 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 五、实验结论 新知学习 作者编号：43002 1．在实验中，我们认为钩码的重力就等于小车所受的合力．但这是有误差的，只有在小车质量比较大，钩码重力比较小，且木板合理倾斜的情况下，实验结果才比较理想． 六、误差分析 2．在长度测量过程中也存在偶然误差，可多次测量取平均值． 3．利用描点作图时使尽量多的点在直线上，不能在直线上的点尽量对称分布于直线两侧，离直线较远的点看做是错误的数据，可舍去不予考虑．   新知学习 作者编号：43002 1．平衡摩擦力时不要挂重物，整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变盘和砝码的质量，还是改变小车及砝码的质量，都不需要重新平衡摩擦力。 七、注意事项 2．实验中必须满足小车和砝码的总质量远大于小盘和砝码的总质量。只有如此，砝码和小盘的总重力才可视为与小车受到的拉力相等。 3．各纸带上的加速度a，都应是该纸带上的平均加速度。 4．作图象时，要使尽可能多的点在所作直线上，不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线两侧。离直线较远的点是错误数据，可舍去不予考虑。 5．释放时小车应靠近打点计时器且先接通电源再放开小车。 新知学习 作者编号：43002 保持力不变 设计对 比实验 保持小车 质量不变 另外的方案1 = 新知学习 作者编号：43002 光电门1 光电门2 挡光板 △x x/t 另外的方案2 新知学习 作者编号：43002 1.　在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，当作用力一定时(悬挂的小盘和重物所受的重力不变)，探索加速度与质量的关系时，下列说法正确的是(　　) A．平衡摩擦力时，应将小盘用细绳通过定滑轮系在小车上 B．每次改变小车质量时，不需要重新平衡摩擦力 C．实验时，先放开小车，再接通打点计时器的电源 D．小车运动的加速度可用天平测出小车的质量M和小盘和重物的质量m，用公式 求出 B 当堂检测 作者编号：43002 2．某同学在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，测得小车的加速度a和拉力F的数据如下表所示： F/N 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 a/(m·s－2) 0.11 0.19 0.29 0.40 0.51 (1)根据表中的数据在图实所示的坐标中作出a－F图象； (2)图象的斜率的物理意义是_________________； (3)图象(或延长线)与F轴的截距的物理意义是___________； (4)小车和砝码的总质量为____kg. 小车和砝码的总质量的倒数． 小车受到的阻力 1 当堂检测 作者编号：43002 3.在做“探究加速度与力、质量的关系”的实验时， 某学生将实验装置如图所示安装，准备接通电源后开始做实验，但他的装置图中有两个明显的错误，请你指出来： （1） （2） 没有平衡摩擦力 打点计时器应使用低压交流电源 当堂检测 作者编号：43002 1、要平衡小车的摩擦力; 2、拉小车的钩码质量应远小于小车的质量; 3、图象法处理实验数据技巧. 0 a F 0 a m m 1 课堂总结 作者编号：43002 $$