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

第二节 实验：探索加速度与力、质量的关系 第四章 运动和力的关系 1 1.物理观念：经历探究加速度与力、质量的关系实验的设计过程，感悟控制变量法、图像法等科学研究方法的应用。 2.科学思维：能够依据要求进行实验设计，学会选择合理的实验方案进行探究实验 3.科学探究：经历用图像处理数据的过程，从图像中发现物理规律，培养收集信息、获取证据的能力 4.科学态度与责任：经历实验操作和测量的过程，知道运用阻力补偿法、减小系统误差等操作方法，体会探究过程的科学性和严谨性，培养合作的团队精神 教学目标 1.学会用控制变量法研究物理规律。 2.探究加速度与力、质量的关系。 3.掌握利用图像处理数据的方法。 实验目的 实验器材 打点计时器、纸带、复写纸、夹子、小车、一端附有定滑轮的长木板、槽码、细绳、低压交流电源、导线、天平、刻度尺、砝码、薄木块。 槽码 砝码 钩码 槽码、砝码、钩码的区别： 钩码 电子秤 度盘秤 生活中常用的几种称重仪器 1.称量质量：用天平测量槽码的质量m和小车的质量M。 2.安装器材：按照如图所示装置把实验器材安装好，只是不把悬挂槽码的细绳系在小车上(即不给小车牵引力)。 3.平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下 面垫上一块薄木块，使小车匀速下滑。 f= 当 时 可以达到平衡摩擦力的目的，小车 可以沿着斜面匀速下滑。 G2= 实验步骤 θ 4.实验操作 ①槽码通过细绳绕过滑轮系于小车上，先接通电源，后放开小车，取下纸带编号码。 ②保持小车的质量M 不变，改变槽码的质量m，槽码通过细绳绕过滑轮系于小车上，先接通电源，后放开小车，取下纸带编号码。 ③保持槽码的质量m 不变，改变小车的质量M，槽码通过细绳绕过滑轮系于小车上，先接通电源，后放开小车，取下纸带编号码。 实验次数 1 2 3 4 5 拉力F 加速度a 实验次数 1 2 3 4 5 质量M 加速度a 5．数据处理 (1)计算加速度(用逐差法)。 (2)作图像找关系(a-F 图像、a - 图像)。 0 0 斜率表示质量的倒数 斜率表示合外力大小 0 没有外力情况下已经有加速度，说明平衡摩擦力时，木板右端垫的过高 0 平衡摩擦力后做实验，结果如图所示。两种情况图线都不过原点，原因是： 外力达到一定值后才有加速度，说明平衡摩擦力时，木板右端垫的过低 例题1：某同学在做“探究加速度与力、质量的关系”实验中，将长木板右端适当垫高来平衡摩擦力时，长木板的右端垫得过高，使得倾角过大。用a表示小车的加速度，F 表示细线作用于小车的拉力。他绘出的a-F关系图像是____。 C 6．实验结论：加速度与合外力成正比，与质量成反比。 问1：在探究加速度与力、质量的关系实验中，体现了什么思想方法？ 答：____________ 问2：在利用图像法分析加速度与质量关系时，如何选择横、纵坐标可以直观证明，在力一定时，加速度与质量成反比？ 答：________________________________________ 控制变量法。 1.利用打点计时器＋纸带测量加速度 在运动物体上安装一条连接打点计时器的纸带，根据纸带上打出的点来测量加速度。根据在匀变速直线运动中，连续相等时间T内的位移x2、x1之差Δx＝x2－x1＝，求出加速度。 加速度求法 2.利用位移比值关系得加速度比值关系（条件：初速度为零） 让小车静止开始做匀加速直线运动，记录两次相等时间t内的位移， 由 得时间相等时满足 ,通过这个关系可知，只要知道位移的变化就可以知道加速度的变化情况，无需计算加速度。 例题2：某同学在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，打出的一条纸带如图所示，他选择了几个计时点作为计数点，相邻两计数点间还有4个计时点没有标出，其中s1＝7.06 cm、s2＝7.68 cm、s3＝8.30 cm、s4＝8.92 cm，已知交流电的频率为50 Hz，则纸带加速度的大小是______ m/s2(保留两位有效数字)。 0.62 2T 2T 用逐差法求加速度： 3.利用光电门求初末速度求加速度 测出物体过位置A,B两点处光电门时遮光片的挡光时间，并用光电门的宽度除以遮光时间来求每一个位置的瞬时速度， 并刻度尺测出从A到B的水平距离，最后用 求加速度 例题3：使用如图所示的装置进行探究加速度与力的关系。其中，A、B为两个光电门，它们与数字计时器相连，当滑块通过A、B光电门时，光束被遮挡的时间t1、t2都可以被测量并记录，滑块连同上面固定的一条形遮光片的总质量为M，遮光片宽度为d，光电门间距离为L。回答下列问题： (1)滑块通过两个光电门A、B的速度 分别为 、 。 (2)在此实验中，需要测得每一次牵引 力对应的加速度，其中求得的加速度的 表达式为___________(用t1、t2、d、L表示)。 1.在满足小车质量远远大于重物质量的情况下，可以用重物的重力代替细绳的拉力。 2.利用弹簧测力计或力的传感器测量细绳的拉力。 力的测量 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：平衡摩擦力 (2)实验条件设计的科学方法：控制变量法 (3)实验原理的简化：近似法，即当小车质量M车≫m槽码时，细绳对小车的拉力大小近似等于槽码的重力； (4)实验数据处理的科学方法：图像法 (5)由a-M车图像转化为a- 图像，所用的科学方法：曲线转化为直线。 1．引起偶然误差的方面 (1)质量测量不准； (2)计数点间距测量不准； (3)小车所受拉力测量不准。 2．引起系统误差的方面 槽码的重力代替小车所受的拉力，应使槽码的质量远小于小车的质量。 实验误差分析 必须用一个刻度尺一次性测出所有计数点之间的距离，不能单个单个进行测量，这样容易出现误差 1.平衡摩擦力时不要挂重物，整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变槽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。 2.实验中必须满足小车和砝码的总质量远大于槽码的质量。只有如此，槽码的重力才可视为与小车受到的拉力相等。 3.小车应靠近打点计时器且先接通电源再释放小车。 4.作图像时，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，舍去不予考虑。 注意事项 例题4：“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图所示。下列说法正确的是____。 A．每次改变小车质量时，应重新平衡摩擦力 B．实验时应先释放小车后接通电源 C．本实验槽码B的质量应远大于小车A的质量 D．在用图像探究加速度与质量关系时，应作图像 D 例题4：“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图甲所示。小车后面固定一条纸带，穿过电火花计时器，细线一端连着小车，另一端通过光滑的定滑轮和动滑轮与挂在竖直面内的力传感器相连，力传感器用于测小车受到拉力的大小。关于平衡摩擦力，下列说法正确的是____。 A．平衡摩擦力时，需要在动滑轮上挂上钩码 B．改变小车质量时，需要重新平衡摩擦力 C．改变小车拉力时，不需要重新平衡摩擦力 C 　　　　　　 A B C D 以加速度a为纵坐标，以为横坐标作图像。 $$