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

物体做变速运动的加速度与哪些因素有关？ 牛顿第一定律：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使他改变这种状态 1.力是物体运动状态改变的原因 2.质量越大，惯性越大，物体的运动状态越难改变 加速度 加速度 加速度与力、质量有关 复习引入 2 4.2 实验：探究加速度与力、 质量的关系 1、加速度a与力F的关系 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？ 生活经验：用力推质量大的物体，物体会获得小的加速度；而用相同的力推质量小的物体，物体会获得大的加速度。 加速度可能与质量成反比? 2、加速度a与力m的关系 一、猜想 假设和猜想： 加速度（a）与 力（ F ）成正比； 加速度（a）与质量（ m ）成反比 二、研究方法： 控制变量法 m不变，研究a与F关系 F不变，研究a与m关系 明确几个问题: 怎么设计这个实验? 1.测量哪些量? 2.怎么测量? a、F、m 二、物理量的测量 1、质量的测量 托盘天平 为了改变小车的质量，可以在小车中增减砝码的数量。 2、加速度的测量 T T T x1 x2 x3 x4 x5 T x6 T T ①如何给小车施加一个可以测量的恒力呢？ F ②细线给小车提供的拉力是小车受到的合力吗？ 通过滑轮连接槽码。 G N F f 不是，F合＝F－Ff。 ③如何调整装置能够消除阻力的影响，使细线的拉力就是小车受到的合力？ 在木板远离定滑轮端垫上垫木，让重力沿斜面的分力与小车受到的阻力平衡即补偿了阻力。 G N f 3、力的测量 10 ④如何用实验方法判定阻力刚好被补偿？ 调整垫木位置，轻推小车，小车做匀速直线运动(纸带上的点均匀)即补偿到位，注意不系槽码。 Ff FN G 操作 ⑤悬挂的重物的重力等于细线的拉力吗？ mg F 槽码的重力不等于细线的拉力，F≠mg。 ⑥本实验做了怎样的近似处理？ 当小车(包括砝码)质量远大于槽码质量时，细线拉力近似等于槽码的重力。 11 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。 用天平测出小车的质量 用打点计时器打出的纸带计算出小车的加速度a 槽码的总重力G当作小车受到的拉力F 一、实验装置 探究实验 12 控制变量的方法是指在研究和解决问题的过程中，对影响事物变化规律的独立因素加以人为控制，使其中只有一个因素按照特定的要求发生变化，而其他因素保持不变，以利于寻找事物发展变化的规律的方法。例如，在研究某个物理量y与另外两个变量x1、x2的关系时，先固定一个变量x2不变，研究y与另一个变量x1之间的定量关系；然后再固定变量x1不变，研究y与x2之间的关系。 二、实验原理与设计 1.实验思路 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。 14 实验过程1：探究a与F的关系（小车质量不变） 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，将结果填入表1中。 表1　小车质量一定 拉力F/N             加速度a/(m·s－2)             实验演示 三、实验步骤 15 实验过程2：探究a与m的关系（钩码质量不变） 表2　小车所受的拉力一定 质量m/kg             加速度a/(m·s－2)             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，把数据记录在表2中。 实验演示 16 实验结论：当小车质量一定时，a与F成正比 1.分析加速度a与拉力F的定量关系 处理演示 表1 四、数据处理 槽码质量m/g 10 20 30 40 50 60 槽码重力G/N 0.1   0.2 0.3  0.4   0.5  0.6 拉力F/N 0.1   0.2 0.3  0.4   0.5  0.6 加速度a/(m·s－2)  0.31  0.86  1.28  1.51 1.85  2.27 17 实验结论：当力F 一定时，a与m成反比 2.分析加速度a与质量m的定量关系 质量m 0.400 0.500 0.750 1.000 1.200 加速度a 0.861 0.692 0.470 0.352 0.290 表2 18 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 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) 五、误差分析 20 思考　实验时作出如图甲、乙所示的图像，试分析产生的原因。 平衡阻力时木板的倾角过大 没有平衡摩擦力或平衡摩擦力时时木板倾角过小。 在补偿阻力时，不要把悬挂槽码的细线系在小车上，但要让小车拖着纸带运动。 1.补偿阻力 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。 3.打点计时器的位置 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。 4.作图规则 每条纸带必须在满足小车与车上所加砝码的总质量远大于槽码的质量的条件下打出时。只有如此，小车受到的拉力才可视为近似等于槽码的重力。 2.质量关系 六、注意事项 22 数据处理 实验步骤 实验装置 实验原理与设计 探究加速度与力、质量的 关系 误差分析 偶然误差 系统误差 分析加速度a与质量m的定量关系 分析加速度a与力F的定量关系 物理量测量 实验思路 1补偿阻力 用槽码的重力代替小车受到的拉力 力的测量 加速度测量 质量测量 控制变量法 3打点计时器的位置 2质量关系 注意事项 4作图规则 画a-1/M图像 画a-F图像 天平 纸带处理 F拉=mg F合=F拉 当小车质量远 大于钩码质量 补偿阻力 “逐差法”求解加速度 Δx＝aT2，xm－xn＝(m－n)aT2(m>n) 当题目中给出的数据有偶数个时，把全部数据分为两大组计算，例如 a＝ 纸带中每个数据都得到利用，实验误差较小。 Lavf58.12.100 Lavf58.12.100 Lavf58.12.100 Lavf58.12.100 Lavf58.12.100 Lavf57.83.100 $$