4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系 课件-2025-2026学年高一上学期物理人教版必修第一册

2 实验：探究加速度与力、质量的关系 第四章 运动和力的关系 c 导入新课 c 1.在书本上撒一些碎纸片，先用嘴轻轻地吹，再用力使劲吹，我们会观察到什么的现象？你能得到什么结论？ 对某一物体而言，受到的力越大，其运动状态越容易改变，即加速度越大。 2.在书本上撒一些小石子和一些碎纸片，用力使劲吹。我们又会观察到什么的现象？又能得到什么结论？ 对不同物体而言，受到相同的力，质量越小，其运动状态越容易改变，即加速度越大。 动手做一做 导入新课 c 请根据上节所学知识及日常见闻实例猜测一下：加速度的大小与哪些物理量有关？ 导入新课 猜想 c 【创设情景，提出问题】 1.物体的加速度与质量和受到的力，到底存在怎样的关系，请同学们讨论一下，通过什么实例可定性地说明它们之间的关系。 2.我们应用什么方法来研究加速度的大小与物体的受力和物体的质量之间的定量关系呢？ 控制变量法。即控制m不变，研究加速度与物体受力的关系；控制F不变，研究加速度与物体的质量的关系。 探究加速度与力、质量的关系 c 1.控制变量法: 当研究三个物理量之间的关系时，先要保持某个量不变，研究另外两个量之间的关系，再保持另一个量不变时，研究其余两个量之间的关系，然后综合起来得出结论。这种研究问题的方法叫控制变量法，是物理学中研究和处理问题时经常用到的方法。 探究加速度与力、质量的关系 c 2.通过控制变量法研究一下加速度与物体受力和质量的关系。 （1）保持物体的质量不变，测量不同力下的加速度，分析加速度与力的关系。 （2）保持物体受力不变，测量不同质量下的加速度，分析加速度与质量的关系。 探究加速度与力、质量的关系 c 探究加速度与力、质量的关系 【制订方案，设计实验】 1.实验装置： c 2.直接测量加速度法： （1）让物体做初速度为零的匀加速直线运动，用刻度尺测量物体运动的位移，用秒表测量出运动的时间，由 公式算出. 探究加速度与力、质量的关系 （2）让物体做初速度为零的匀加速直线运动.在运动物体后安装一条通过打点计时器的纸带，根据纸带上打出的点来测量加速度. （3）直接用加速度计测量. c 3.间接比例法： （1）如果测出两个初速度为零的匀加速直线运动在相同时间内发生的位移x1、x2,位移之比就是加速度之比. （2）如果测出两个初速度为零的匀加速直线运动物体在相同位移内所用时间t1、t2，时间比的平方就是加速度之比的倒数. 探究加速度与力、质量的关系 4.换用接触面光滑的木板或者平衡滑动摩擦力。 5.钩码质量远小于小车质量。 6.描点作图，得出两物理量之间的关系。 c 1.平衡摩擦力：把木板无滑轮的一端下面垫一薄木板，同时给小车一个初速度，直到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)． 探究加速度与力、质量的关系 【分组实验，采集数据】 c 探究加速度与力、质量的关系 【分组实验，采集数据】 2.实验步骤： （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)。 （3）平衡摩擦力：换用接触面光滑的木板或者平衡滑动摩擦力 c （4）将重物通过细绳系在小车上，接通电源放开小车。 （5）保持小车的质量不变，改变所挂重物的重力，重复步骤4，记录好重物的重力，以及纸带的加速度。 （6）保持重物的质量不变，测出小车与所放砝码的总质量M，接通电源，放开小车。 （7）继续在小车上加放砝码，重复步骤6，多做几次实验。 （8）计算出每次实验纸带的加速度值及小车与砝码的总质量填入表格。 探究加速度与力、质量的关系 c 4.采集数据： （1）加速度与力的关系 次数 项目 1 2 3 4 5 6 F/N a/（m·s-2） 探究加速度与力、质量的关系 【分组实验，采集数据】 c （2）加速度与质量的关系 探究加速度与力、质量的关系 次数 项目 1 2 3 4 5 6 a/（m·s-2） m/kg /kg-1 1 m c 1.加速度与力的关系： （1）实验数据的分析：根据定性分析判断结果， 力越大，加速度越大，猜测a∝F,a∝Fn。 （2）建立坐标系如图 （3）描点、连线：通过得到的图线， 分析a与F的关系.实验发现a-F图象 是一条过原点的直线。 探究加速度与力、质量的关系 【分析论证、得出结论】 ● ● ● ● c 2.加速度与质量的关系 （1）根据定性分析判断结果：质量越大，加速度越小，猜测a∝ , （2）建立坐标系如图 （3）描点、连线：得到图线分析，分析a与m的关系。 探究加速度与力、质量的关系 1 m 1 mn · · · · · · c （1）托盘和砝码的总重力约等于小车所受的合外力，但会带来一定的 误差．小车的质量与砂桶和砂的总质量相差越大，这种误差越小． （2）为减小长度测量时的偶然误差，可进行多次测量取平均值． （3）没有平衡摩擦力或摩擦力平衡不好，实验中作出的a-F或 a- 图象不过原点. 探究加速度与力、质量的关系 3.分析本实验可能存在哪些误差？ 1 m c 4.实验结论： （1）m一定时，a∝F； （2）F一定时，a∝ 探究加速度与力、质量的关系 1 m c 例1 在用如图所示的装置做“探究加速度与力、质量的关系”的实验中,保持小车质量一定时,验证小车加速度a与合外力F的关系. (1)除了电火花计时器、纸带、刻度尺、 小车、砝码、拴有细线的砝码盘、附 有定滑轮的长木板、垫块、导线及开 关外,在下列器材中还必须使用的有 　　　　(填选项前的字母).  A.220 V、50 Hz的交流电源 B.电压可调的直流电源 C.秒表 D.天平(附砝码) 探究加速度与力、质量的关系 【应用规律、反思改进】 AD c (2)实验中,需要平衡小车运动时的摩擦阻力,正确的做法是 (填选项前的字母).  A.小车放在木板上,把木板一端垫高,调节木板的倾斜程度,使小车在不受绳的拉力时沿木板做匀速直线运动 B.小车放在木板上,后面固定一条纸带,纸带穿过打点计时器,把木板一端垫高,调节木板的倾斜程度,使小车在不受绳的拉力时能拖动纸带沿木板做匀速直线运动 C.小车放在木板上,挂上砝码盘,砝码盘内不放砝码,把木板一端垫高,调节木板的倾斜程度,使小车在砝码盘的作用下沿木板做匀速直线运动 D.小车放在木板上,挂上砝码盘,砝码盘内放入本次实验所需的砝码,把木板一端垫高,调节木板的倾斜程度,使小车在砝码盘和砝码的作用下沿木板做匀速直线运动 探究加速度与力、质量的关系 B c [解析] (1)除了电火花计时器、纸带、刻度尺、小车、砝码、拴有细线的砝码盘、附有定滑轮的长木板、垫块、导线及开关外,还必须使用220V、50Hz的交流电源和天平(附砝码). (2)实验中平衡小车运动时的摩擦阻力的正确做法是:小车放在木板上,后面固定一条纸带,纸带穿过打点计时器,把木板一端垫高,调节木板的倾斜程度,使小车在不受绳的拉力时能拖动纸带沿木板做匀速直线运动. 探究加速度与力、质量的关系 c 例2. 某物理课外小组利用图中的装置探究物体加速度与其所受合外力之间的关系.图中,置于实验台上的长木板水平放置,其右端固定一轻滑轮;轻绳跨过滑轮,一端与放在木板上的小滑车相连,另一端可悬挂钩码.本实验中可用的钩码共有N=5个,每个质量均为0.010kg. 实验步骤如下: (1)将5个钩码全部放入小车中,在长木板 左下方垫上适当厚度的小物块,使小车 (和钩码)可以在木板上匀速下滑. 探究加速度与力、质量的关系 c c (2)将n(依次取n=1,2,3,4,5)个钩码挂在轻绳右端,其余N-n个钩码仍留在小车内;用手按住小车并使轻绳与木板平行.释放小车,同时用 传感器记录小车在时刻t相对于其起始位置的位移s,绘制 s-t图像,经数据处理后可得到相应的加速度a. (3)对应于不同的n的a值见下表.n=2时的s-t图像如图所示; 由图求出此时小车的加速度(保留2位有效数字),将结果填入 下表. n 1 2 3 4 5 a/(m·s-2) 0.20 0.58 0.78 1.00 探究加速度与力、质量的关系 0.39 c (4)利用表中的数据在图中补齐数据点,并作出a-n图像. 从图像可以看出:当物体质量一定时,物体的 加速度与其所受的合外力成正比. (5)利用a-n图像求得小车(空载)的质量为______kg. (保留2位有效数字,重力加速度g取9.8 m/s2)  探究加速度与力、质量的关系 0.45 c (6)若以“保持木板水平”来代替步骤（1）,下列说法正确的是 _____(填选项前的字母).  A.a-n图线不再是直线 B.a-n图线仍是直线,但该直线不过原点 C.a-n图线仍是直线,但该直线的斜率变大 探究加速度与力、质量的关系 BC c 课堂小结 c 1.气垫导轨可以使其上面的滑块受到的阻力几乎为零，若用气垫导轨完成本实验需要改动哪些步骤？ 2.力传感器可以直接测量细绳上的拉力的大小，若用力传感器完成本实验需要改动哪些步骤？ 课外拓展 c Lavf58.12.100 $