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(共41张PPT)
4.2实验：探究加速度
与力、质量的关系
高中物理必修第一册课件
主讲老师：xxx
高中物理必修第一册课件
实验思路
物理量的测量
实验方案
重难点突破
新课引入
01.
高中物理必修第一册课件
物体运动状态发生改变
速度发生了改变
产生了加速度
与力和质量有关
说明加速度与力、质量之间必然存在一定的关系。
那么，我们该如何探究加速度与力、质量之间定量关系呢？
实验思路
第一部分
问题与思考
01.
高中物理必修第一册课件
从实验的角度，同时研究某个物理量与另外两个或多个物理量的定量关系是非常困难的。面对这样的问题，我们通常采用控制变量的方法进行研究。
你知道什么是控制变量法吗？
控制变量法
02.
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控制变量法是指在研究和解决问题的过程中，对影响事物变化规律的独立因素加以人为控制，使其中只有一个因素按照特定的要求发生变化，而其他因素保持不变，以利于寻找事物发展变化的规律的方法。例如，在研究某个物理量y与另外两个变量x1、x2的关系时，先固定一个变量x2不变，研究y与另一个变量x1之间的定量关系；然后再固定变量x1不变，研究y与x2之间的关系。
该如何设计探究实验呢？
实验装置
03.
高中物理必修第一册课件
可以用图示装置完成这个探究实验。将小车置于水平木板上，通过滑轮与槽码相连。小车可以在槽码的牵引下运动。
具体该如何操作呢？
实验思路
04.
高中物理必修第一册课件
1.探究加速度与力的关系：保持小车质量不变，通过改变槽码的个数改变小车所受的拉力，测得不同拉力下小车运动的加速度，分析加速度与拉力的定量关系.
2.探究加速度与质量的关系：
保持小车所受的拉力不变，通过在小车上增加重物改变小车的质量，测得不同质量对应的加速度，分析加速度与质量的定量关系.
既然是定量关系，我们就必须要知道每个物理量的数值，测量是必不可少的！
物理量的测量
第二部分
质量的测量
01.
高中物理必修第一册课件
测量工具：天平
可通过增减在小车上的砝码的数量来实现对小车质量的改变。
注意砝码与槽码的区别
加速度的测量
02.
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方法2：将打点计时器连在小车上，根据纸带上打出的点可测量加速度；
方法1：如果物体做初速度为零的匀加速直线运动，则可利用刻度尺测量位移和秒表测量时间，然后由公式 a=(2x)/t2算出;
方法3：利用比值法。由于a=(2x)/t2，测出两个初速度为零的匀加速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
力的测量
03.
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T
T
1.如何给小车施加一个可以测量的恒力T呢？
直接用弹簧测力计拉小车，可以吗？还是借助定滑轮和钩码来拉？
m0g
2.细线给小车提供的拉力是小车受到合力吗？
不计摩擦，小车： F合=T ≈ m0g
计摩擦，小车 ：F合=T-f≠T
如何才能消除摩擦力的影响呢？
平衡摩擦力
04.
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平衡摩擦力：把轨道的一端垫高，使重力的分力Gsinθ与摩擦力Ff平衡。
操作：先不加细线，调整轨道，使小车刚好能匀速下滑（纸带上打出间隔均匀的点）。当再加上细线时，细线的拉力就等于小车受到的合力。
Gcosθ
Gsinθ
G
θ
θ
FN
Ff
一次补偿，多次测量
进行实验
第三部分
实验器材与设计
01
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器材：小车、打点计时器、纸带、一端带滑轮的长木板、细线、砝码、槽码、刻度尺、天平等。
倾斜木板
补偿摩擦力
设计
实验过程
02.
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1.用天平测出小车的质量。
2.安装好实验装置，平衡摩擦力。
3.把细线系在小车上并绕过滑轮悬挂槽码，将车拉到打点计时器附近。
4.先打开计时器电源，再释放小车，得到纸带，并记下槽码的重量。
5.改变槽码的重量，重复以上的步骤几次。
6.控制槽码质量不变，改变小车质量，再测几组数据。
7.设计表格，记录实验数据。
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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
F/ N
a/m·s -2
0.15
0.30
0.45
0.60
0.75
0 0.1 0.3 0.5
小车质量一定
探究加速度与力的关系
03.
结论：说明a与F成正比
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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
次数 m/kg a/m ·s -2
1
2
3
4
5
/kg -1
2.50
2.00
1.33
1.00
0.83
m
1
0.400 0.861
0.500 0.692
0.750 0.470
1.000 0.352
1.200 0.290
我们很难直观看出图线是否为双曲线，如果a-m图像是双曲线，则a 与 m 成反比，也就是a与 成正比。
探究加速度与质量的关系
04.
小车所受拉力一定
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注意事项
05.
平衡摩擦力时不要挂槽码，一次实验只需要平衡一次摩擦力。
实验中必须满足小车和小车上所加砝码的总质量远大于槽码的总质量。
每次开始时，小车应尽量靠近打点计时器(或尽量远离带滑轮的一端)，且在小车到达滑轮前应按住小车。
作图线时，要使尽可能多的点落在所作直线上，不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线两侧，离直线较远的点应舍去。
在专题1“连接体问题”中会证明
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实验视频
06.
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例题1
典例分析
图甲所示为“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”的实验装置。
（1）在实验中，下列操作正确的是
A．打点前，小车应靠近打点计时器，要先接通电源,待计时器打点稳定后再释放小车
B．要舍去纸带上的密集点，然后选取计数点
C．在探究加速度与质量之间的关系时，直接根
据a-m图像即可判断加速度与质量是否成反比
D．实验中，应使小车的加速度尽量大些
【参考答案：AB】
07.
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例题1
典例分析
(2)在实验过程中, 打出了一条纸带如图乙所示，计时器打点的时间间隔为0.02s, 选取A、 B、C、D四个计数点, 每两个相邻计数点间有四个点没有画出. 从图乙中读出A、B两点间距s= cm; C点对应的速度是 m/s, 该小车的加速度大小a＝ m/s2(结果保留两位有效数字）。
（3）根据实验收集的数据作出的a－F图线如图丙所示，请结合图甲所
示的实验装置，写出一条对提高本实验结果准确程度有益的建议 。
0.70
0.10
0.20
实验前应先平衡摩擦力
07.
还有其他实验方案吗？
实验方案二
第四部分
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器材：小车、一端带滑轮的长木板、细线、砝码、钩码、天平、刻度尺、黑板擦或宽口夹子等
倾斜木板
补偿摩擦力
实验器材与设计
01
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探究加速度与力的关系
02.
小车质量一定：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
(F2大小)
砝码质量m 2(g)
300
50
20
30
40
60
砝码质量m 1(g)
(M +m 1)g (F1大小)
70
10
0
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F2 / F1
x2 /x1
0
次数
1
2
3
4
x2
x1
F2
F1
F
a
探究加速度与力的关系
02.
高中物理必修第一册课件
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)-M1
(M+m2)-M2
300 6 50
车上砝码质量m1(g)
位移x1/cm
100
50
150
200
250
车上砝码质量m2(g)
位移x2/cm
300
探究加速度与质量的关系
03.
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x2 /x1
0
次 数
1
2
3
4
x2
x1
M1 / M2
M1
M2
a
m
1
探究加速度与质量的关系
04.
实验结论
05.
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注意：这里的力指的是物体所受的合外力
1. m一定，加速度a与F的定量关系：
2. F一定，加速度a与m的定量关系:
加速度与力、质量之间的关系：
还有没有其他设计方案呢？
创新方案
第五部分
创新方案一
01.
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1. 利用气垫导轨探究
不需要平衡摩擦力
创新方案二
02.
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2. 利用弹簧测力计(水平悬挂)探究
弹簧测力计的示数的两倍就等于小车所受到的拉力
创新方案三
03.
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3. 利用弹簧测力计(竖直悬挂)探究
弹簧测力计的示数就等于小车所受到的拉力
创新方案四
04.
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4. 利用力传感器探究
力传感器示数的两倍就等于小车所受到的拉力
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例题2
典例分析
某同学进行“探究加速度与物体受力的关系”的实验。将实验器材按图甲所示安装好。已知M为小车和滑轮的总质量，m为砂和砂桶的总质量，力传感器可测出轻绳中的拉力大小，打点计时器的工作频率为50Hz。
实验时，以下进行的操作正确和必要的是
A．小车靠近打点计时器，先释放小车，再接通电源
B．用天平测出砂和砂桶的总质量m
C．将带滑轮的长木板右端垫高，以平衡摩擦力
D．为减小误差，实验中一定要保证砂和砂桶的总质量m远小于小车和滑轮的总质量M
【参考答案：C】
05.
D选项为什么是错的呢？
重难点突破
第六部分
平衡摩擦力不准造成的误差
01.
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实验中需要平衡摩擦力，若未平衡摩擦力
或平衡摩擦力不当就会造成误差。
如出现图中①直线，说明平衡摩擦力过度。
即拉力F=0时,已经产生了加速度; 若出况图中②直线，说明未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足, 因为拉力大于F0时才产生加速度。
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例题3
在“探究加速度与力的关系”时，保持小车的质量不变，改变砂和砂桶的质量，该同学根据实验数据作出了加速度a与合力F的图线如图，则
①图中的直线不过原点的原因是 。
②图中的力F理论上指_____，
而实验中却用______表示。（选填字母符号）
A．砂和砂桶的重力 B． 绳对小车的拉力
平衡摩擦力时木板垫得太高
B
A
典例分析
02.
高中物理必修第一册课件
视频赏析
03.
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课堂小结
思路与方法
平衡摩擦力处理数据
创新设计
测量的量
实验过程
探究方法：控制变量法
探究思路：(1)m不变，测a、F；(2)F不变，测a、m；
测质量——天平
测力——弹簧测力计
测加速度——打点计时器
THANKS
谢谢观看

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