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

4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系 牛顿运动定律的应用 若则： 【学习目标】 1.学习用控制变量法探究物理规律(难点)。 2.会测量加速度、力和质量，能作出物体运动的a－F、a－1/m图像. 3.能通过实验数据及图像得出加速度与力、质量的关系(重难点)。 一、实验思路——控制变量法 1.探究加速度与力的关系 保持小车 不变，通过改变 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 的定量关系. 2.探究加速度与质量的关系 保持小车所受的 不变，通过在小车上 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 的定量关系. 质量 槽码的个数 拉力 拉力 增加重物 质量 二、实验原理 a 与 F、m 1：如何使物体（研究对象）在力的作用下做匀加速（加速度a）直线运动？ 2：如何测量被研究物体的质量（m）及其所受的拉力（合外力F）？ 3：如何测量物体的加速度？ 1：如何使物体（研究对象）做匀加速直线运动？ 思考2：改变小车质量后需要再次平衡消除摩擦力吗？ 思考1：课本练习与评价2 关键词：消除摩擦力的影响 方案1：倾斜； 方案2：采用气垫导轨 不受拉力时匀速直线运动 (2)、测拉力。 关键词1：平衡摩擦力 倾斜 关于平衡摩擦力： 1、平衡摩擦力的目的是？ 2、平衡摩擦力时，需不需要挂砝码？需不需要连纸带？ 3、如何知道已经平衡了摩擦力？ 3、改变砝码质量需不需要再次去进行平衡摩擦力的操作？ 改变小车质量时需不需要再次去进行平衡摩擦力的操作？ 一次补偿，多次测量 2：如何测量被研究物体的质量及其所受的拉力？ (1)、天平测量：小车质量（M），重物质量（m） 调节滑轮使细线平行于木板或导轨 关键词2： 质量远大于 1、谁的质量远大于谁 2、为什么满足质量远大于关系之后可以近似？ 只有M>>m 近似有 F＝mg 注意：“近似处理”带来了 系统/偶然误差 测量质量带来了 系统/偶然误差 解：对物体A，设绳的拉力为F，由牛顿第二定律得： F＝Ma ① 对物体B mgF＝ma ② 联立以上两式，整理可得： 分析： 若则： 只有M>>m 近似有 F＝mg 关键字2：M＞＞m 近似有 F＝mg 对象：小车 关键字1：平衡摩擦力：F合=T F合=mg 逐差法求加速度 3：如何测量物体运动的加速度？ 注意：测量长度带来偶然误差 关键词 方法一：打点计时器 纸带； 方法二：传感器和v—t图像 1.用 测出小车的质量m，并把数值记录下来. 2.按如图1所示的装置把实验器材安装好 (小车上先不系细线). 四、进行实验 图1 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 运动为 天平 匀速直线 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，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)           5.保持槽码个数不变，即保持小车所受的拉力不变，在小车上加放砝码，重复上面的实验，求出相应的加速度，把数据记录在表2中． 表2　小车所受的拉力一定 质量m/kg           加速度a/(m·s－2)           m 1 a∝ a∝F 如何改变合外力？ 四、数据记录和处理： 如何改变小车质量 五、误差分析1： 思考：在基础实验中。若某次实验得到的图像是以下三种，则可能的原因是？ （1） （3） （2） （3）平衡摩擦力过度 （1）没有满足小、砝码车总质量远大于小盘、砝码总质量 （2）没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不够 误差分析2： 思考：在基础实验中。若某次实验得到的图像是以下三种，则可能的原因是？ 以小车、一端带滑轮的长木板、细绳、钩码、天平（砝码）、刻度尺、宽口夹子为实验器材，研究对象：小车。 第二部分：实验的创新 实验方案 质量相同 合外力相同 在“探究加速度与合外力的关系”的实验中，同学们分别设计了四种方案，绳子和滑轮均为轻质，请回答下列问题： A、是否需要平衡摩擦力 B是否需要满足质量远大于关系 C是否需要测重物的质量 再思考：各个方案易错点在哪里？ 例1　在研究作用力F一定时，小车的加速度a与小车(含砝码)质量M的关系的实验中，某同学安装的实验装置和设计的实验步骤如下： A.用天平称出小车和槽码的质量 B.按图4安装好实验器材 C.把细绳系在小车上并绕过定滑 轮悬挂槽码 D.将电磁打点计时器接在6 V电压的蓄电池上，接通电源，释放小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，并在纸带上标明小车质量 E.保持槽码的质量不变，增加小车上的砝码个数，并记录每次增加后的M值，重复上述实验 F.分析每条纸带，测量并计算出加速度的值 G.作a－M关系图像，并由图像确定a与M的关系 (1)请改正实验装置图中的错误. ①电磁打点计时器位置__________； ②小车位置__________________； ③滑轮位置____________________. 应靠右端 应靠近打点计时器 应使细绳平行于木板 解析　①电磁打点计时器应固定在长木板无滑轮的一端，且应靠近右端； ②释放小车时，小车应靠近打点计时器； ③连接小车的细绳应平行于木板，故应调节滑轮位置使细绳平行于木板. (2)该同学漏掉的重要实验步骤是_________，该步骤应排在步骤______之后. 补偿阻力 B 解析　实验时应补偿阻力，使小车所受重力沿木板方向的分力与小车所受阻力平衡，故应垫高长木板右端以补偿阻力.实验中把槽码的重力看成与小车所受拉力大小相等，没有考虑阻力，故必须补偿阻力且应排在步骤B之后. (3)在上述步骤中，有错误的是步骤____，应把__________________改为_______________. 8 V的交流电源 D 6 V电压的蓄电池 解析　步骤D中电磁打点计时器接在6 V电压的蓄电池上将无法工作，必须接在8 V的交流电源上. (4)在上述步骤中，处理不恰当的是步骤_____，应把________________ 改为_________________. G 作a－M关系图像 解析　步骤G中作a－M关系图像，得到的是曲线，很难进行正确的判断，必须“化曲为直”，改作a－ 关系图像. 例2、某同学用图甲所示的实验装置探究小车的加速度a与质量m的关系,打点计时器所用交变电流的频率为50 Hz。 (1)把木板的一侧垫高,调节木板的倾斜程度,使小车在不受牵引时能拖动纸带匀速运动,这样做的目的是　　　　　。  平衡阻力 把木板的一侧垫高,调节木板的倾斜程度,使小车在不受牵引时能拖动纸带匀速运动,这样做的目的是平衡阻力。 解析 (2)图乙是某次实验得到的纸带,两计数点间有四个打出的点未画出,部分实验数据在图中已标注,则纸带的　　　　(填“左”或“右”)端与小车相连,小车加速度是　　　　 m/s2。  左 0.51 纸带从左到右,计数点间距逐渐增大,说明纸带向左做加速运动,则纸带的左端与小车相连。 根据逐差法可得小车的加速度a= m/s2=0.51 m/s2。 解析 (3)保持小车所受的拉力不变,改变小车质量m,分别测得不同质量时小车加速度a的数据如表所示。请在图丙中作出a-图像。根据a-图像可以得到的实验结论是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  次数 1 2 3 4 加速度a/(m·s-2) 0.600 0.482 0.307 0.152 质量倒数/kg-1 4.00 3.00 2.00 1.00 在拉力不变时,小车的加速度与质量成反比 由图像可知,当拉力不变时,小车的加速度与质量的倒数成正比,即加速度与质量成反比。 解析 1、完成：导学案练习。熟悉实验过程，准备到实验室实验。 2、预习：牛顿第二定律。 作业 作a－关系图像 $$