《探究加速度与力、质量的关系》.ppt

2020/5/12,1,第四章牛顿运动定律,4.2实验:探究加速度与力、质量的关系,动力学的奠基者英国科学家牛顿(1643-1727),2020/5/12,2,牛顿第一定律：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态,除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。,温故知新:,牛顿第一定律：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态,除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。,2020/5/12,3,在如图(a)、(b)中，被推物体的质量相同；图(c)、(d)中，人所施加的推力大小相同。,2020/5/12,4,2020/5/12,5,物体的加速度a与所受到的合外力F、物体质量m有怎样的定量关系？,提出问题,研究方法：保持m不变，研究a与F的关系;保持F不变，研究a与m的关系。,2020/5/12,6,2020/5/12,7,猜想与假设,实验验证,思考：如何设计实验?,事实是不是这样呢？,m一定，aF；F一定，a1/m。,2020/5/12,8,明确几个问题:,2.如何由实验得出结论?,1.怎么设计这个实验?,1.测量哪些量?,2.怎么测量?,数据处理：m不变时，a与F关系；F不变时，a与m关系。,a、F、m,m：,a:,F:,天平,求出物体所受的合力,2020/5/12,9,如何测量加速度a:,1.直接测量,2.间接比较,构建一匀变速直线运动,打点计时器,光电门,对应仪器,控制运动时间t相同,a与x成正比,用x比较a的大小,2020/5/12,10,实验设计:参考方案一:用打点计时器探究,小车:,打点计时器:测量小车运动过程中的加速度,钩码:重力提供拉力,研究对象,可用天平称其质量,合力F=?,G,FN,F,f,2020/5/12,11,平衡摩擦力：,钩码重力近似等于绳子拉力，用以表示小车受到的合外力F,G,G1,FN,f,G1平衡摩擦力f。,2020/5/12,12,实验步骤:,1.用天平测出小车的质量。,2.安装好实验装置，在小车上装好纸带，纸带另一端穿过计时器限位孔，调整木板倾斜程度，平衡摩擦力。,3.控制小车质量不变，用细线将钩码与小车相连（钩码质量远小于小车质量），打开打点计时器，释放小车，测出一组数据。,4.改变钩码质量，多测几组数据。,5.控制钩码质量不变，改变小车质量，再测几组数据。,2020/5/12,13,演示实验：探究加速度a与力F的关系,Excel数据处理,数据采集与处理,2020/5/12,14,演示实验：探究加速度a与质量m的关系,Excel数据处理,数据采集与处理,2020/5/12,15,实验结论：,m一定时，aF,F一定时，a1/m,2020/5/12,16,实验设计二：,设计对比实验,设计方案,保持小车质量不变,不变保持力,2020/5/12,17,光电门,数字计时器,拓展探究,2020/5/12,18,参考方案三:利用气垫导轨来探究,2020/5/12,19,课堂小结,本节课以实验为依据，采用控制变量法进行研究，根据已掌握的物理知识设计实验方案，探索物理规律是物理学研究的重要方法。,2020/5/12,20,1关于“探究加速度与力、质量的关系”的实验，下列说法中符合实际的是()A通过同时改变小车的质量m及受到的拉力F的研究，能归纳出加速度、力、质量三者之间的关系B通过保持小车质量不变，只改变小车的拉力的研究，就可以归纳出加速度、力、质量三者之间的关系C通过保持小车受力不变，只改变小车质量的研究，就可以得出加速度、力、质量三者之间的关系D先不改变小车质量，研究加速度与力的关系；再不改变受力，研究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度、力、质量三者之间的关系,课堂练习,2020/5/12,21,2、在做“探究加速度与力、质量的关系”的实验时，某学生将实验装置如图所示安装，准备接通电源后开始做实验，但他的装置图中有两个明显的错误，请你指出来：,（1）,（2）,没有平衡摩擦力,打点计时器应使用低压交流电源,2020/5/12,22,3某同学在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，测得小车的加速度a和拉力F的数据如下表所示：,(1)根据表中的数据在图实49所示的坐标中作出aF图象；,(2)图象的斜率的物理意义是_；(3)图象(或延长线)与F轴的截距的物理意义是_；(4)小车和砝码的总质量为_kg.,2020/5/12,23,解析：(1)选取适当的标度，作出aF图象如图所示,(2)由FMa得aF/M，可见图象的斜率为小车和砝码的总质量的倒数(3)图象与F轴的截距表示加速度恰好为零时的拉力，也即是小车受到的阻力，大小为0.1N.(4)由图可知图线斜率k1(kg1)，由k1/M可得：M1kg.,2020/5/12,24,【例2】某同学利用小盘和砝码牵引小车的方法，验证质量一定时加速度a和合外力的关系，根据实验数据作出了如图4-2-6甲、乙所示的a-F图象，产生甲图象不过原点的原因是_；产生乙图象不过原点且弯曲的原因是_。,【解析】图甲中，a0，说明小车重力沿木板的分力大于摩擦力，原因是木板垫得过高。图乙中，a=0，F0，说明小车重力沿木板的分力小于摩擦力，木板倾角过小；当较大时，即小盘和砝码的质量较大时，小车的质量远大于小盘和砝码的质量这一条件得不到满足，因此图线成曲线。,图4-2-6,2020/5/12,25,1.请设计一探究加速度与力和质量关系的实验？,探究过程（1）用天平测出小车和小盘（包括其中砝码）的质量分别为M0、m0，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）把木板无滑轮的一端下面垫一薄木板，平衡摩擦力。（4）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所挂重物的重力m0g。(5)保持小车的质量不变，改变小盘（包括其中砝码）的质量重复步骤（4）多做几次实验，且每次小车从同一位置释放。（6）保持小车所受的合外力不变，在小车上加砝码，并测出小车和放上砝码后的总质量M1，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。（7）继续在小车上加放砝码，重复步骤（6）多做几次实验，在每次得到的纸带上标上号码。（8）分别用x=aT2或a=2x/t2等方法求得加速度a，将得到的数据填入a和F或a和1/m的表格中，利用以上数据分别作出a-F关系图象、a-1/m关系图象以找出a与F、a与1/m的关系。,2020/5/12,26,2.如何利用逐差法处理纸带？,逐差法是处理纸带类问题的基本方法，下面我们就介绍逐差法的推导及其应用时的注意事项。如图所示，则有x4-x1=(x4-x3)+(x3-x2)+(x2-x1)=3aT2x5-x2=(x5-x4)+(x4-x3)+(x3-x2)=3aT2x6-x3=(x6-x5)+(x5-x4)+(x4-x3)=3aT2+得a=(x4+x5+x6)-(x1+x2+x3)/(3T)2应用式解题时要注意以下几点：（1）xn为相邻的相等时间T内的位移，而不是如图所示的xn（2）弄清T值。多数情况下T值为0.1s，但也有T值为0.02、0.04s等情况。（3）统一单位。xn的单位多为cm，计算时一般要转换为m。（4）当有4组值时，求解的表达式为a=(x3+x4)-(x1+x2)/(2T)2。,2020/5/12,27,祝同学们在学习上取得更大进步！,退出,2020/5/12,28,(广西河池市20142015学年高一上学期期末)在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，某同学使用了如图所示的装置，打点计时器的打点频率为50Hz。,实验数据的分析与处理,2020/5/12,29,(1)该同学得到一条纸带，在纸带上取连续的六个计时点，如图所示，相邻两点间的距离分别为10.0mm、12.0mm、14.0mm、16.0mm、18.0mm，则打E点时小车的速度为_m/s，打A、F两点的过程中小车的平均速度为_m/s，小车的加速度为_m/s2。,2020/5/12,30,2020/5/12,31,2020/5/12,32,(3)由图象可知，当拉力为0时小车的加速度大于0，故直线不过原点的原因是平衡摩擦阻力时角度过大；要使绳子所挂沙和沙桶的重力的大小作为细绳对小车的拉力的大小，必须使mM，否则将会出现较大误差，当沙和沙桶的质量过大时，沙和沙桶的重力与绳的拉力有较大的差异，从而产生很大的误差。,