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

1 探究加速度与力、质量的关系 1 这节课我们将利用DIS实验系统来探究加速度与力、质量的关系， 学习目标 1、会用传感器系统测量力、质量、加速度 2、探究加速度与力、质量的关系 3、会设计实验方案，并用数据和图象分析物理规律 2 重点：探究加速度与力、质量的关系 难点：确立实验方案，分析实验数据 这是本节课的学习目标 2 3 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,直到有外力迫使它改变这种运动状态为止。 温故知新 新课之前，请大家说一说牛顿第一定律的内容是？ 回答得非常好。 3 4 力 运动状态变化 速度变化 产生 加速度 加速度a与力F有关 从这里我们知道，力与运动的本质关系是：力改变物体运动状态，即改变物体的速度，产生加速度，也就是说加速度与力有关 4 5 牛顿第一定律又称惯性定律。物体的质量越大，物体的惯性越大，物体的运动状态就越难改变。 加速度a与质量m有关 另外，牛顿第一定律又称惯性定律，并且物体的质量越大，物体的惯性越大，物体的运动状态就越难改变。因此加速度也与质量有关。这些仅是理论推理关系，而实际生活中加速度与力、质量的关系又是什么样的？，下面请用一分钟观察一张我们熟悉的生活情景图，课本p74图3-2-1 中小伙子推购物车的图片，结合经验从图片中能得到什么结论？ 5 6 。。。。好了，谁能来分享观察得到的加速度与力、质量之间有什么规律呢？ 6 7 说明？ 质量一定时，力越大加速度越大 合力一定时，质量越大加速度越小 这只是加速度与力、质量的定性关系。。。请。。。来说说。 观察很仔细，描述也非常清楚，正如这位同学所说从图中我们可总结得到。。。。。根据这个结论我们可以进一步猜想它们之间的定量关系是质量一定时，加速度与力成正比，合力一定时，加速度与质量成反比 7 8 a ？ F a ？ m 提出问题： 物体的加速度与力、质量有什么定量的关系？ 这需要通过实验进行探究，寻找答案。 8 9 保持m不变，探究a 与F的关系 保持F不变， 探究a与m的关系 控制变量法 【实验方法 】 在研究一个量与两个量之间的关系时，常采用什么实验方法？、具体指的是： 有了实验的方法后，我们要结合所配备的实验器材设计可行的实验方案。实验器材有： 9 【实验方案设计】 10 3.如何测量小车的加速度a？ 1.如何使小车在力的作用下做匀加速直线运动？ 2.如何测量小车的质量m和小车受到的拉力F？ 好，下面我们一起来看实现这次探究的实验装置，为完成实验我们需要解决下面几个关键的问题：（学生讨论回答） 10 明确几个问题: 1.测量哪些量? 2.怎么测量? a、F、M M： a:打点计时器打出纸带算出 F: 天平 砝码和托盘的重力 1.怎么设计这个实验? 【实验器材】 计算机、DIS数据采集器、位移传感器、力传感器、采集线、小车、细绳、小桶、砝码、小车配重片、带滑轮的力学轨道轨道 。 13 计算机 采集器 位移传感器 力传感器 用DIS探究a与F、m的定量关系 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 实验器材主要有：传感器、采集器、计算机、小车小桶以及力学轨道。大家有没有发现这些仪器中有几种的实验神器？它们分别是力传感器，位移传感器，采集器，计算机。同学们知道我为什么称它们是实验神器吗？因为他们能辅助我们简便，高效的完成实验。这种使用传感器和计算机软件结的实验系统被称为DISLAB,即DIS数字化实验系统，这节课我们就利用它来完成实验。。 13 明确几个问题: 1.测量哪些量? 2.怎么测量? a、F、M M： a: F: 天平 1.怎么设计这个实验? 力传感器 位移传感器 采集器 计算机 小组讨论 根据实验器材和实验设计 列出实验的主要操作步骤 【实验步骤】 【探究加速度与力、质量的定量关系】 1、安装、连接器材 2、平衡摩擦力 3、测出小车的重力并换算成其质量M 4、测出小桶及砝码的重力G=F 5、m一定时，探究a与F的关系 6、F一定时，探究a与m的关系 16 这是根据我们实验的方案确定的实验步骤，因为课堂时间有限，第一到第三小组同学只需探究a与F的关系，第四、第五小组探究a与m的关系，实验时间是10分钟。实验结束后将随机请两个组的同学展示你们的实验数据及结论，请大家做好准备。另外，我这里录制了一个微型的DIS实验系统应用实例视频，供大家参考。 16 平衡摩擦力： 钩码与小桶重力近似等于绳子拉力，用以表示小车受到的合外力F G G1 FN f G1平衡摩擦力f。 19 【实验数据的分析】 当保持m一定时， a和F成正比关系： a ∝ F 【实验数据的分析】 当保持F一定时，a和m成反比关系： a ∝ 20 【实验结论】 当保持m一定时，a和F成正比关系： a ∝ F 当保持F一定时，a和m成反比关系： 总结： 由上面的实验可以得到：物体的加速度大小跟所受的合力成正比，跟物体的质量成反比。 21 具体指的就是：物体的加速度与。。。好，完成实验探究后，我们来做一做实验对应的练习。 21 2.实验反思： 从实验的器材、数据测量、数据分析等角度出发，为改进实验，你认为还能设计怎样的实验方案？ 实验器材 小车、砝码、小盘、细绳、附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、低压交流电源、导线两根、纸带、天平、米尺． 实验步骤 (1)测量：用天平测量小盘和砝码的质量m′和小车的质量M. (2)安装：按照如实验原理图所示装置把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细绳系在小车上(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，使小车能匀速下滑． (4)操作：①小盘通过细绳绕过滑轮系于小车上，先通电源后放开小车，取下纸带编号码． ②保持小车的质量M不变，改变砝码和小盘的质量m′，重复步骤①. ③在每条纸带上选取一段比较理想的部分，测加速度a. ④描点作图，作a－F的图像． ⑤保持砝码和小盘的质量m′不变，改变小车质量M，重复步骤①和③，作a－eq \f(1,m)图像． 1．注意事项 (1)平衡摩擦力：适当垫高木板的右端，使小车的重力沿斜面方向的分力正好平衡小车受到的阻力．在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细绳系在小车上，让小车拉着打点的纸带匀速运动． (2)不重复平衡摩擦力． (3)实验条件：m≫m′. (4)一先一后一按：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，并应先接通电源，再释放小车，且应在小车到达滑轮前按住小车． 2．误差分析 (1)因实验原理不完善引起的误差：本实验用小盘和砝码的总重力m′g代替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力． (2)摩擦力平衡不准确、质量测量不准确、计数点间距测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差． 3．数据处理 (1)利用Δx＝aT2及逐差法求a. (2)以a为纵坐标，F为横坐标，根据各组数据描点，如果这些点在一条过原点的直线上，说明a与F成正比． (3)以a为纵坐标，eq \f(1,m)为横坐标，描点、连线，如果该线过原点，就能判定a与m成反比. 1．近似法：在探究加速度与力、质量的关系实验中，近似法是指绳对小车的拉力近似等于绳另一端连接的小盘和砝码的总重力，近似法要在小盘和砝码的总重力远小于小车的重力的情况下才能用． 2．控制变量法：控制变量法是指分别研究加速度与力、加速度与质量关系时用到的方法，在实验中的具体体现是：研究加速度与力的关系时，保持小车质量不变；研究加速度与质量的关系时，保持小盘和砝码的总重力不变． 3．平衡摩擦力法：平衡摩擦力法是指通过调整斜面倾角，让小车重力沿斜面的分力与摩擦力抵消，使小车受到的合外力等于绳对小车的拉力，体现在实验中是让小车不挂小盘时能在斜面上匀速运动． 4．化曲为直法：化曲为直法是指处理数据时，不作a－m图像而作a－eq \f(1,m)图像，反映在图像中就是把原来的曲线变成倾斜的直线． $$