高中物理 第1部分 第4章 第2节 实验：探究加速度与力、质量的关系课件 新人教版必修1

理解教材新知理解教材新知把握热点考向把握热点考向应用创新演练应用创新演练 第第2 2节节 实验：实验：探究加探究加速度与速度与力、质力、质量的关量的关系系考向一考向一考向二考向二第第四四章章牛牛顿顿运运动动定定律律 一、实验目的一、实验目的 (1)学会用控制变量法探究物理规律。学会用控制变量法探究物理规律。 (2)探究加速度与力、质量的关系。探究加速度与力、质量的关系。 二、实验原理二、实验原理 控制变量法控制变量法 在探究加速度与力、质量三者关系时，先让其中一个量在探究加速度与力、质量三者关系时，先让其中一个量保持不变来探究其他两个量之间的关系。保持不变来探究其他两个量之间的关系。 1探究加速度与力的关系的基本思路探究加速度与力的关系的基本思路 保持物体的质量不变，测量物体在不同力的作用下保持物体的质量不变，测量物体在不同力的作用下的加速度，分析加速度与力的关系。的加速度，分析加速度与力的关系。 2探究加速度与质量的关系的基本思路探究加速度与质量的关系的基本思路 保持物体所受的力不变，测量不同质量的物体在该保持物体所受的力不变，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。力作用下的加速度，分析加速度与质量的关系。 3实验方案实验方案 这个实验中需要测量的物理量有三个：物体的加速度、这个实验中需要测量的物理量有三个：物体的加速度、物体所受的力、物体的质量。质量用天平测量，因此本实验物体所受的力、物体的质量。质量用天平测量，因此本实验要解决的主要问题是怎样测量加速度和物体所受的力。要解决的主要问题是怎样测量加速度和物体所受的力。 (1)怎样测量怎样测量(或比较或比较)物体的加速度：物体的加速度： 在运动物体上安装一条穿过打点计时器的纸带，根据纸在运动物体上安装一条穿过打点计时器的纸带，根据纸带上打出的点来测量加速度。在这个实验中也可以测加速度带上打出的点来测量加速度。在这个实验中也可以测加速度与其他量之间的比例关系。测量不同情况下与其他量之间的比例关系。测量不同情况下(即不同受力、即不同受力、不同质量时不同质量时)物体加速度的比值就可以了。物体加速度的比值就可以了。(2)怎样提供和测量物体所受的恒力怎样提供和测量物体所受的恒力设计的实验装置如图设计的实验装置如图421所示。所示。图图421 对此实验中力的理解：除了在真空中抛出或落下的对此实验中力的理解：除了在真空中抛出或落下的物体物体(仅受重力仅受重力)外，仅受一个力的物体几乎是不存在的。然外，仅受一个力的物体几乎是不存在的。然而，一个单独的力的作用效果与跟它大小、方向都相同的合而，一个单独的力的作用效果与跟它大小、方向都相同的合力的作用效果是相同的，因此，实验中的力力的作用效果是相同的，因此，实验中的力F的含义可以是的含义可以是物体所受的合力。物体所受的合力。 平衡摩擦力：如图平衡摩擦力：如图421所示，纸带穿过打点计时所示，纸带穿过打点计时器。为了消除摩擦力对小车的影响，可将木板无滑轮的一端器。为了消除摩擦力对小车的影响，可将木板无滑轮的一端稍微垫高一些，用小车的重力的分力来抵消它所受到的摩擦稍微垫高一些，用小车的重力的分力来抵消它所受到的摩擦力，直到小车不挂重物时能在木板上匀速运动为止。力，直到小车不挂重物时能在木板上匀速运动为止。 三、实验器材三、实验器材 打点计时器、纸带、复写纸片、小车、一端附有定打点计时器、纸带、复写纸片、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘、砝码、夹子、细绳、低压交流电滑轮的长木板、小盘、砝码、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平源、导线、天平(带有一套砝码带有一套砝码)、刻度尺。、刻度尺。 四、实验步骤四、实验步骤 (1)用天平测出小车和重物的质量分别为用天平测出小车和重物的质量分别为M0、m0，并，并把数值记录下来。把数值记录下来。 (2)按图按图422将实验器材安装好将实验器材安装好(小车上不系绳小车上不系绳)。 图图422 (3)平衡摩擦力，把木板无滑轮的一端下面垫一薄木板，反平衡摩擦力，把木板无滑轮的一端下面垫一薄木板，反复移动其位置，直到打点计时器正常工作后不挂重物的小车在复移动其位置，直到打点计时器正常工作后不挂重物的小车在斜面上做匀速直线运动为止斜面上做匀速直线运动为止(纸带上相邻点间距相等纸带上相邻点间距相等)。 (4)将重物通过细绳系在小车上，接通电源放开小车，用纸将重物通过细绳系在小车上，接通电源放开小车，用纸带记录小车的运动情况；取下纸带并在纸带上标上号码及此时带记录小车的运动情况；取下纸带并在纸带上标上号码及此时所挂重物的重力所挂重物的重力m0g。 (5)保持小车的质量不变，改变所挂重物的重力，重复步骤保持小车的质量不变，改变所挂重物的重力，重复步骤4，多做几次实验，每次小车从同一位置释放，并记录好重物的，多做几次实验，每次小车从同一位置释放，并记录好重物的重力重力m1g、m2g，以及计算出相应纸带的加速度填入表格，以及计算出相应纸带的加速度填入表格1。表格表格1物体的质量一定，加速度与受力的关系物体的质量一定，加速度与受力的关系实验次数实验次数加速度加速度a/(ms2)小车受力小车受力F/N12345 (6)保持托盘中所放重物的质量不变，在小车上加放砝保持托盘中所放重物的质量不变，在小车上加放砝码，并测出小车与所放砝码的总质量码，并测出小车与所放砝码的总质量M，接通电源，放开，接通电源，放开小车，用纸带记录小车的运动情况，取下纸带并在纸带上小车，用纸带记录小车的运动情况，取下纸带并在纸带上标上号码。标上号码。 (7)继续在小车上加放砝码，重复步骤继续在小车上加放砝码，重复步骤6，多做几次实，多做几次实验，在每次得到的纸带上标上号码。验，在每次得到的纸带上标上号码。 (8)计算出每次实验所得纸带的加速度值及小车与砝码计算出每次实验所得纸带的加速度值及小车与砝码的总质量填入表格的总质量填入表格2。表格表格2物体受到的外力一定，加速度与质量的关系物体受到的外力一定，加速度与质量的关系 五、数据处理五、数据处理 1分析加速度和力的关系分析加速度和力的关系依据表格依据表格1，以加速度，以加速度a为纵坐标，为纵坐标，以外力以外力F为横坐标，作出为横坐标，作出aF关系关系图像，如图图像，如图423所示，由此得出结论。所示，由此得出结论。 图图423图图424 3实验结论实验结论 物体的加速度与作用在物体上的合外力成正比，与物体物体的加速度与作用在物体上的合外力成正比，与物体的质量成反比。的质量成反比。 六、注意事项六、注意事项 (1)平衡摩擦力时不要挂重物，而且平衡了摩擦力后，不平衡摩擦力时不要挂重物，而且平衡了摩擦力后，不管以后是改变盘和砝码的质量还是改变小车及砝码的质量，管以后是改变盘和砝码的质量还是改变小车及砝码的质量，都不需要重新平衡摩擦力。都不需要重新平衡摩擦力。 (2)实验中必须满足小车和砝码的总质量远大于小盘和砝实验中必须满足小车和砝码的总质量远大于小盘和砝码的总质量。码的总质量。 (3)各纸带上的加速度各纸带上的加速度a，都应是该纸带上的平均加速度。，都应是该纸带上的平均加速度。 (4)作图像时，要使尽可能多的点在所作直线上，不在直作图像时，要使尽可能多的点在所作直线上，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。离直线较远的点是错误数据，可舍去不予考虑。点是错误数据，可舍去不予考虑。 (5)小车应靠近打点计时器且先接通电源再放手。小车应靠近打点计时器且先接通电源再放手。 八、它案设计八、它案设计 利用下列器材：带有定滑轮的木板、铁架台、小车、利用下列器材：带有定滑轮的木板、铁架台、小车、滑轮、钩码、大号铁夹、米尺、细绳、粘泥等设计实验，滑轮、钩码、大号铁夹、米尺、细绳、粘泥等设计实验，探究加速度探究加速度a和它所受的力和它所受的力F之间的关系。之间的关系。 (1)用用5个铁架台将两块木板架起，如图个铁架台将两块木板架起，如图425所示。所示。由钩码和两个动滑轮组成动力系统，如果不考虑滑轮本由钩码和两个动滑轮组成动力系统，如果不考虑滑轮本身的质量，拉小车身的质量，拉小车B的力是拉小车的力是拉小车A的力的的力的2倍，即倍，即F1 F21 2。每辆小车后面拖一根细绳，绕过木板后竖直下。每辆小车后面拖一根细绳，绕过木板后竖直下垂被一固定在桌面上的大号铁夹夹住。垂被一固定在桌面上的大号铁夹夹住。图图425 (2)用粘泥将两辆小车的质量调整得完全一样，用用粘泥将两辆小车的质量调整得完全一样，用小车后面的细绳将小车拉到木板右端后用铁夹夹紧细绳，小车后面的细绳将小车拉到木板右端后用铁夹夹紧细绳，使小车静止。使小车静止。 (3)在小车的起始位置做上记号，然后松开铁夹，在小车的起始位置做上记号，然后松开铁夹，两小车便由静止开始做匀加速运动。经过适当的时间，两小车便由静止开始做匀加速运动。经过适当的时间，再夹住铁夹，使小车停止运动。再夹住铁夹，使小车停止运动。 例例1在在“探究加速度与力、质量的探究加速度与力、质量的关系关系”的实验中，采用如图的实验中，采用如图426所示的所示的实验装置，小车及车中砝码的质量用实验装置，小车及车中砝码的质量用M表表示，盘及盘中砝码的质量用示，盘及盘中砝码的质量用m表示，小车表示，小车的加速度可由小车后拖动的纸带打上的点计算出。的加速度可由小车后拖动的纸带打上的点计算出。图图426 (1)当当M与与m的大小关系满足的大小关系满足_时，才可以认为绳时，才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘及盘中砝码的重力。对小车的拉力大小等于盘及盘中砝码的重力。 (2)一组同学在做探究加速度与质量的关系实验时，保持一组同学在做探究加速度与质量的关系实验时，保持盘及盘中砝码的质量一定，改变小车及车中砝码的质量，测盘及盘中砝码的质量一定，改变小车及车中砝码的质量，测出相应的加速度，采用图像法处理数据。为了比较容易地检出相应的加速度，采用图像法处理数据。为了比较容易地检查出加速度查出加速度a与质量与质量M的关系，应该做的关系，应该做a与与_图像。图像。 (3)如图如图427(a)所示为甲同学根据测量数据做出的所示为甲同学根据测量数据做出的aF图线，此图线说明实验存在的问题是图线，此图线说明实验存在的问题是_。图图427 (4)乙、丙两同学用同一装置做实验，画出了各自乙、丙两同学用同一装置做实验，画出了各自得到的得到的aF图线如图图线如图(b)所示，两个同学做实验时的哪所示，两个同学做实验时的哪一个物理量取值不同。一个物理量取值不同。 例例2在做在做“探究加速度和力、质量的关系探究加速度和力、质量的关系”的实验的实验中，保持小车和砝码的总质量不变，测得小车的加速度中，保持小车和砝码的总质量不变，测得小车的加速度a和拉力和拉力F的数据如下表所示：的数据如下表所示：F/N0.200.300.400.500.60a/(ms2)0.110.190.290.400.51 (1)根据表中的数据在图根据表中的数据在图428的坐标系上作出的坐标系上作出aF图像；图像； 图图428(2)图像斜率的物理意义是图像斜率的物理意义是_。(3)小车和砝码的总质量为小车和砝码的总质量为_kg。(4)图线图线(或延长线或延长线)与与F轴截距的物理意义是轴截距的物理意义是_。 解析解析(1)根据所给数据在所给坐标系中准确描根据所给数据在所给坐标系中准确描点，作出的点，作出的aF图像如图所示。图像如图所示。 答案答案(1)见解析见解析(2)小车和砝码总质量的倒数小车和砝码总质量的倒数(3)1(4)小车受到的阻力为小车受到的阻力为0.1 N