资源简介

(共36张PPT)
人教2019版 必修第一册
4.2 实验:探究加速度与力、质量的关系
第四章 运动和力的关系
明确几个问题:
1.实验要说明什么问题
3.如何由实验得出结论
2.怎么设计这个实验
a与F关系
a与m关系
1.测量哪些量
2.怎么测量
数据处理
控制一个量不变
a、F、m
m：
a:
F:
天平
打点计时器
物体所受的
合力
研究方法：控制变量法
保持物体的质量不变，测量物体在不同作用下的加速度，分析加速度与合外力的关系。
保持物体所受力合外力相同，测量不同质量的物体在该力下的加速度，分析加速度与质量的关系。
2.物体的质量用 ＿＿ 测量
天平
1.怎样测量物体的加速度？
3.怎样给小车提供一个恒定的合力？
实验设计:
——参考方案一：用打点计时器探究
小车：
研究对象，可用天平称其质量M.
打点计时器：测量小车运动过程中的加速度a.
砝码盘和砝码：重力mg提供拉力
合力F=
G
FN
F
f
平衡摩擦力：
G
G1
FN
f
G1平衡摩擦力 f。
当M >>m时，可近似认为小车所受的拉力F等于mg.
三、【实验器材】
打点计时器，纸带及复写纸，小车，一端附有滑轮的长木板，小盘和砝码，细绳，低压交流电源，导线，天平，刻度尺．
1.用天平测出小车和砝码的总质量M,小盘和砝码的总质量m,把数值记录下来.2.按如图所示把实验器材安装好,只是不把悬挂小盘的细绳系在车上,即不给小车施加牵引力.三、实验步骤3.平衡摩擦力:在长木板不带定滑轮的一端下面垫一块木板.反复移动木板的位置,直至小车在斜面上运动时可以保持匀速直线运动状态.这时,小车拖着纸带运动时受到的摩擦阻力恰好与小车所受的重力在斜面方向上的分力平衡.4.把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂小盘,先接通电源再放开小车,打点计时器在纸带上打下一系列的点,打完点后切断电源,取下纸带,在纸带上标上纸带号码。5.保持小车和砝码的质量不变,在小盘里放入适量的砝码,把小盘和砝码的总质量m′记录下来,重复步骤4.在小桶内再放入适量砝码,记录下小盘和砝码的总质量m″,再重复步骤4.6.重复步骤5两次,得到三条纸带.7.在每条纸带上都选取一段比较理想的部分,标明计数点,测量计数点间的距离,算出每条纸带上的加速度的值.8.用纵坐标表示加速度a,横坐标表示作用力F,作用力的大小F等于小盘和砝码的总重力,根据实验结果在坐标平面上画出相应的点,如果这些点是在一条过原点的直线上,便证明了加速度与作用力成正比.9.保持小盘和砝码的质量不变,在小车上加砝码,重复上面的实验,用纵坐标表示加速度a,横坐标表示小车和砝码总质量的倒数,根据实验结果在坐标平面上画出相应的点.如果这些点是在一条过原点的直线上,就证明了加速度与质量成反比.1、探究加速度与合外力的关系实验基本思路：保持物体的质量不变，测量物体在不同的合力作用下物体的加速度，分析加速度与合外力的关系。四、数据处理：实验数据的记录处理：F/Na/m·s-20实验数据实验次数aF第一次第二次第三次
五、【数据处理】
1．实验数据的记录处理：M一定，a与F关系
实验次数 F(N) a(m/s2)
1
2
3
4
5
0.10 0.146
0.20 0.302
0.30 0.428
0.40 0.592
0.50 0.751
F/ N
a/m·s -2
0.15
0.30
0.45
0.60
0.75
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
如何更直观地处理数据？
结论：M一定时，
a∝F
2、加速度与质量的关系实验的基本思路：保持物体所受的合外力相同，测量不同质量的物体在该力的作用下的加速度，分析加速度与质量的关系。实验数据记录处理实验数据实验次数aM第一次第二次第三次1/Ma/m.s-20
【数据处理】
2．实验数据的记录处理：F一定，a与 M的关系
次数 m/kg a/m ·s -2
1 0.400 0.861
2 0.500 0.692
3 0.750 0.470
4 1.000 0.352
5 1.200 0.290
1/m
kg -1
2.50
2.00
1.33
1.00
0.83
m/ kg
a/m·s -2
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
a/m·s -2
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
/kg -1
m
1
结论：F一定时，
a∝1/M
F/ N
a/m·s -2
0.15
0.30
0.45
0.60
0.75
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
当小车质量不变时 次数 F/N a/m ·s -2
1
2
3
4
5
0.10 0.146
0.20 0.302
0.30 0.428
0.40 0.592
0.50 0.751
1. 探究加速度与合力的关系
如何更直观地处理数据？
m/ kg
a/m·s -2
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
当拉力不变时 次数 m/kg a/m ·s -2
1
2
3
4
5
1/m (kg -1)
2.50
2.00
1.33
1.00
0.83
0.400 0.861
0.500 0.692
0.750 0.470
1.000 0.352
1.200 0.290
2. 探究加速度与质量的关系
1/m (kg -1)
a/m·s -2
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
（三）实验结论
m 一定时，a ∝ F
F一定时，a ∝ 1/m
F/ N
a/m·s -2
0.15
0.30
0.45
0.60
0.75
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
1/m (kg -1)
a/m·s -2
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
1.一定要做好平衡摩擦力的工作,也就是调出一个合适的斜面,使小车的重力沿着斜面方向的分力正好平衡小车受的摩擦阻力.在平衡摩擦力时,不要把悬挂小盘的细线系在小车上,即不要给小车加任何牵引力,并要让小车拖着打点的纸带运动.2.实验步骤2、3不需要重复,即整个实验平衡了摩擦力后,不管以后是改变小盘和砝码的总质量还是改变小车和砝码的总质量,都不需要重新平衡摩擦力.注意事项3.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小盘和砝码的总质量的条件下打出.只有如此,小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力.4.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,再放开小车,且应在小车到达滑轮前按住小车.5.作图象时,要使尽可能多的点分布在所作直线上,直线外的点应尽可能对称分布在所作直线两侧.6.作图时两轴标度比例要选择适当,各量须采用国际单位.这样作图线时,坐标点间距不至于过密,误差会小些.1、绳拉小车的力是不是小车受到的合外力？将木板的一端稍作垫高，使小车匀速下滑，此时小车的合外力多大 2、绳子的拉力等于砝码的重量吗？为什么？不等于！因为砝码向下加速，所以绳子的拉力小于砝码的重力。4、什么情况下砝码重力可以近似等于绳子拉力即小车所受的合外力？当砝码质量比小车质量小得多时，绳子的拉力近似等于砝码的重力，即小车受到的合外力近似等于砝码的重力。对注意事项的一些解释5、如何来平衡摩擦力？我们将长木板倾斜一定角度θ，θ应该等于此时物体在斜面上受到的合外力为0。做实验时肯定无法这么准确，我们只要把木板倾斜到物体在斜面上大致能够匀速下滑（可以根据纸带上的点来判断）实验探究（方案二）
实验器材：小车、一端带滑轮的长木板、粗线、砝码、小盘、天平、刻度尺、宽口夹子。
实验原理:在实验中，我们可以根据两个小车的运动时间相同，结合运动学公式,得到加速度的比值等于运动位移的比值，在实验中我们就可以不必求出加速度而是直接求位移的比就可以表示加速度的比值关系，从而使实验数据的处理变得简单，直观。注意：只有当盘和砝码的质量要比小车的质量小得多时，小车所受拉力才近似等于盘和砝码的总重力。
1.怎样测量（或比较）物体的加速度？
2.怎样提供和测量物体所受的拉力F ？
1、控制m相同，探讨加速度a与F的关系
实验方案原理：如图所示
x1
x2
F1
F2
F1, F2，在相同的时间内:
x1= a1t2
x2 = a2t2
a1/ a2=x1/x2
测量出x1 、x2
2、控制F相同，探讨加速度a与m的关系
保持物体的质量不变，测量物体在不同的力作用下的加速度，分析加速度与力的关系
小车质量M= g,小车上砝码质量m= g,小盘质量M’= g 次数 小车1 小车2
1
2
3
4
5
位移x1/cm
位移x2/cm
(M’+m’2)（g） (表示F2大小)
盘中砝码m’2（g）
300 0 10
50
20
30
40
60
盘中砝码m’1（g）
(M’+m’1)（g） (表示F1大小)
70
F2 / F1
x2 /x1
0
次数
1
2
3
4
x2
x1
F2
F1
F
a
a1
a2
为什么x2 /x1可以表示小车2的a？
为什么F2 / F1可以表示小车2的F
思考：
小车质量M= g,小盘质量M’= g,盘中砝码质量m’= g 次数 小车1 小车2
1
2
3
4
5
(M+m1)
(M+m2)
保持物体所受的力相同，测量不同质量的物体在该力作用下的加速度，分析加速度与质量的关系
300 6 50
车上砝码m1（g）
位移x1/cm
100
50
150
200
250
车上砝码 m2（g）
位移x2/cm
小车1质量M1
小车2质量M2
300
x2 /x1
0
次数
1
2
3
4
M2 / M1
x2
x1
M2
M1
M1 / M2
M1
M2
a
m
1
a1
a2
为什么x2 /x1可以表示小车2的a？
为什么M2 / M1可以表示小车2的M
为什么M2 / M1又表示小车2的1/M
思考：
实验结论：物体质量一定时，受力越大，加速度越大，a∝F物体受力一定时，它的质量越大，加速度越小，a∝1/m小结
探究加速度与力、质量的关系
1.研究方法：
2.数据处理方法：
3.结论：
控制变量法
图象法
a∝F a∝1/m

展开更多......

收起↑