资源简介

(共31张PPT)
第4章　运动和力的关系
第2节　实验：探究加速度与力、
质量的关系
　　(1)如图所示，同一小车在不同拉力作用下加速。请观察小车的加速情况，并判断小车加速度的大小。
　　(2)在小车上放置质量不同的钩码（配重），用相同的悬挂物拖动。请观察小车的加速情况，判断小车加速度的大小。
导入一
　　物体运动的加速度大小可能与什么因素有关呢？
　　通过实验会发现，加速度大小与物体的质量以及物体所受外力有关。质量相同时，受力越大，加速度越大；受力相同时，质量越小，加速度越大。
　　做自由落体运动的物体其加速度都相同，与质量无关，基于这个事实，你还有其他的猜想吗？
　　物体的加速度有可能是与力和质量的比值有一定的关联。
导入一
　　推理一下，加速度由哪些物理量决定？
　　(1)速度是描述运动状态的物理量，加速度是描述运动状态变化快慢的物理量。由牛顿第一定律可知，力是改变物体运动状态的原因，所以力是产生加速度的原因。
　　(2)物体的质量越大，惯性越大，越难以改变其运动状态，相同时间内速度变化量越小。也就是说，受到相同的外力时，物体的质量越大，加速度越小。
　　由以上分析可知，加速度由力和质量决定。
导入二
　　经过初步分析我们知道了物体的加速度与物体的质量、所受的力都有关系，那我们应该怎样进行实验探究呢？
　　采用控制变量法进行实验探究。先保持研究对象的质量不变，改变其受到的外力，探究加速度与所受外力的关系；再保持所受外力不变，改变研究对象的质量，探究加速度与物体质量的关系。
　　依据实验目的，如果能测量出物体的质量、物体受到的外力，以及物体运动的加速度，那我们就可以进行分析得出结论。那么，可如何得到这些数据呢？
环节一：制订实验方案
环节一：制订实验方案
思路一
　　根据图中所示的实验装置设计出实验过程，确定需要测量的物理量，设计记录数据的表格，并明确物理量的测量方法。
　　实验1：保持小车质量不变，探究小车的加速度与其受力的关系。
　　需要测量的物理量：小车受到的拉力F，小车运动的加速度a。
　　实验过程：将纸带连在小车上，通过钩码牵引小车运动，同时启动打点计时器在纸带上打下一系列清晰的点。实验中通过改变钩码的个数来改变拉力。
环节一：制订实验方案
　　实验数据记录表格：
环节一：制订实验方案
　　实验中该如何具体测量或计算得出小车的加速度和受力大小？
　　(1)拉力的测量：通过钩码的质量m，计算出其受到的重力mg作为绳子对小车的拉力F，即F＝mg。
　　(2)加速度的测量：根据打点计时器打出的纸带，利用逐差法计算出小车的加速度a，即根据s4﹣s1＝s5﹣s2＝s6﹣s3＝3aT2（T为相邻两计数点间的时间间隔），求出a1＝、a2＝、a3＝，再求a1、a2、a3的平均值即为物体运动的加速度。
环节一：制订实验方案
　　我们要探究的问题是小车的加速度与它受到的力之间存在什么样的关系，小车只受到这个拉力吗 研究问题中这个“力”是指什么力？
　　研究问题中的“力”指“合力”。
　　实验方案中还存在什么问题？准备如何解决？
环节一：制订实验方案
　　实验中还有一个问题，就是绳子对小车的拉力F与钩码受到的重力mg相等吗
　　钩码做加速运动，所以绳子的拉力F的大小与钩码受到的重力mg的大小不等。
　　钩码的质量比小车的质量小很多的时候，可以认为这两个力近似相等。
环节一：制订实验方案
　　实验要点：
　　1.采用阻力补偿法探究加速度与力的关系
　　(1)调整方法：
　　①断开细绳，使小车不与悬挂物连接，安装好纸带。
　　②把固定有打点计时器的一端垫高，接通打点计时器的电源，待其正常工作后轻推小车给其一初速度，观察纸带上的点迹分布情况。
　　③调整垫起的高度，当打出的纸带点迹分布均匀时可认为小车做匀速直线运动。
环节一：制订实验方案
　　(2)平衡方程：
　　FN＝Mgcos θ
　　Ff＝μMgcos θ ＋F阻
　　注：小车与木板之间的摩擦不是滑动摩擦，由于学生不能处理这个摩擦，就用滑动摩擦表达式来代替，也可写成Ff＝kMgcos θ，用比例系数k，以此与滑动摩擦相区别。
　　由于纸带造成的阻力F阻 μMgcos θ ，可认为Ff＝μMgcos θ ＝Mgsin θ。
环节一：制订实验方案
　　2.该实验的注意事项
　　(1)因为细线的拉力F是物体受到的合力，所以必须平衡摩擦力。
　　(2)为保证拉力F与悬挂物的重力mg近似相等，悬挂物的质量m 要远小于车和车中砝码的总质量M。
　　(3)为保证小车在加速过程中受到的合力保持不变，细线要与轨道平行。
环节一：制订实验方案
　　实验2：保持受力不变，探究小车的加速度与小车质量的关系。
　　需要测量的物理量：小车和砝码的总质量M，小车运动的加速度a。
　　实验过程：保持小车受到的拉力不变，通过增减小车中砝码的数量改变小车的质量，分别打出纸带。
环节一：制订实验方案
　　实验数据记录表格：
环节一：制订实验方案
　　在这个实验中，小车和砝码的总质量增加了，小车受到的摩擦力是否改变了呢？用不用重新调节垫起的高度来平衡摩擦力呢？
　　画出如图所示的受力分析图，可以得到关系式：FN＝Mgcos θ，Ff＝Mgsin θ，Ff＝kMgcos θ。联立以
上三式，可以发现Mgsin θ＝kMgcos θ ，
因此，在最初平衡摩擦力后，即使小
车的质量发生变化也不必再重新平衡
摩擦力。
环节一：制订实验方案
环节一：制订实验方案
思路二
　　如图所示，在两小车前
端系上细线，细线跨过滑轮
并挂上砝码盘，将两小车尾
部细线连到控制装置上，通
过控制装置可以使两小车同
时开始运动，然后同时停止运动。
　　思考一下，怎么用图中所示的实验装置完成加速度的比较？
　　让两个做初速度为0的匀加速直线运动的物体的运动时间t相等，那么由x＝at2可知，它们的位移之比就等于加速度之比，即＝。因此，只要测量同时间内两车运动的位移就可以获得它们加速度之间的关系。
环节一：制订实验方案
环节一：制订实验方案
思路三
　　利用图中所示的实验装置能否探究小车的加速度与力、质量
的关系？如果能，说明如何设计；如果不能，请说明原因。
　　实验中测量力会遇到哪些困难？
　　小车受到重力Mg、支持力FN、绳子拉力F、摩擦力Ff四个力的作用，摩擦力不能测量，求不出合力；在钩码牵引小车的运动中，钩码的运动是加速运动，它对小车的拉力不等于钩码的重力，也就是不能测量小车受到的拉力；等等。
　　如何更好地解决测量拉力的问题？
　　可以采用力传感器来测量拉力。
环节一：制订实验方案
　　分为两个学生小组，一组完成探究小车的加速度与其受力的关系的实验，另一组完成探究小车的加速度与其质量的关系的实验。
　　根据实验要求完成实验，并记录实验数据。
环节二：设计并完成实验
环节三：实验数据的处理方法
思路一
　　怎样处理实验数据？如何基于数据推测结论？
　　1.绘制a-F图像，猜测a与F是正相关的关系。如果图像是过原点的一条直线，说明加速度与所受合力成正比；若是图像曲线并且是正相关，则绘制a-F2图像并加以判断。
　　可以在计算机上利用Excel画a-F图像，并添加函数关系加以判断。
　　2.绘制a-M图像，猜测a与M是负相关的关系。若图像是直线，则为一次函数；若图像形状接近反比例函数图像的形状，则绘制a-图像并加以判断，若a-图像为一条过原点的直线，可以确定a与M成反比。
　　可以在计算机上利用Excel画a-M图像，并添加函数关系加以判断。
　　3.绘制a-的图像，若图像为过原点的直线，则a与成正比。
环节三：实验数据的处理方法
环节三：实验数据的处理方法
思路二
　　实验过程：
　　(1)调节轨道倾角补偿阻力的影响，调节滑轮高度使细线与轨道平行。
　　(2)使两车质量相同，在托盘中放入质量不同的小砝码，控制小车同时开始运动，并控制小车同时停止运动，测量两小车运动的位移，记录在表格中。
　　(3)重复步骤(2)多次。
　　(4)在托盘中放入质量相同的小砝码，在两车中放入质量不同的配重，控制小车同时开始运动，并控制小车同时停止运动，测量两小车运动的位移，记录在表格中。
　　(5)重复步骤(4)多次。
　　实验数据表格：
环节三：实验数据的处理方法
环节三：实验数据的处理方法
　　实验数据有限，还存在一定的偶然误差，通过观察实验数据不易得出结论。应该怎样处理数据才能更直观地得到实验结论呢？
　　绘制图像寻找规律。可以绘制-的图像、-图像、-图像。
　　实验结论：加速度a与质量m是成反比的。
环节三：实验数据的处理方法
课堂练习
A
课堂练习
0.64
0.86
谢谢观看

展开更多......

收起↑