廣西賓陽中學(xué)高一物理《42實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系》課件 新人教版

1、2 2 實驗實驗：探究加速度與探究加速度與力力、質(zhì)量的關(guān)系質(zhì)量的關(guān)系1.1.理解探究加速度與力理解探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系的質(zhì)量的關(guān)系的合理性和必要性合理性和必要性。2.2.理解實驗思路的合理性，以及用圖象處理實驗數(shù)據(jù)的有理解實驗思路的合理性，以及用圖象處理實驗數(shù)據(jù)的有效性效性。3.3.經(jīng)歷實驗的操作和測量過程，以及通過圖象處理實驗數(shù)經(jīng)歷實驗的操作和測量過程，以及通過圖象處理實驗數(shù)據(jù)的過程，體驗如何平衡摩擦阻力，減少系統(tǒng)誤差（鉤碼據(jù)的過程，體驗如何平衡摩擦阻力，減少系統(tǒng)誤差（鉤碼所受的重力不等于小車所受的拉力等）的操作辦法。所受的重力不等于小車所受的拉力等）的操作辦法。4.4.體會整個探究過

2、程的科學(xué)嚴謹性和合理性體會整個探究過程的科學(xué)嚴謹性和合理性。思考幾個問題思考幾個問題1.1.探究實驗中提到的力，其內(nèi)涵是什么？探究實驗中提到的力，其內(nèi)涵是什么？2.2.如果一個靜止的物體受到不為零的合外力會怎樣運如果一個靜止的物體受到不為零的合外力會怎樣運動？動？3.3.物體運動狀態(tài)的改變是什么原因？質(zhì)量對物體的運動狀物體運動狀態(tài)的改變是什么原因？質(zhì)量對物體的運動狀態(tài)的改變有影響嗎？態(tài)的改變有影響嗎？4.4.加速度與哪些因素有關(guān)？加速度與哪些因素有關(guān)？我們身邊的運動狀態(tài)變化我們身邊的運動狀態(tài)變化: :1.1.對同一輛車，啟動時從不同檔啟動快慢為什么不一樣？對同一輛車，啟動時從不同檔啟動快慢為什

3、么不一樣？2.2.動力車正常行駛比小汽車要快，但啟動過程為什么比小動力車正常行駛比小汽車要快，但啟動過程為什么比小汽車慢得多呢？汽車慢得多呢？3.3.在書本上撒一些碎紙片，先輕輕吹，再用力吹，觀察到在書本上撒一些碎紙片，先輕輕吹，再用力吹，觀察到什么現(xiàn)象？什么現(xiàn)象？4.4.在書本上撒一些碎紙片和一些小石子，用力吹，觀察到在書本上撒一些碎紙片和一些小石子，用力吹，觀察到什么現(xiàn)象？什么現(xiàn)象？探究方案一：探究方案一：實驗裝置圖實驗裝置圖【實驗器材【實驗器材】 小車、打點計時器、紙帶、一端帶滑輪的長木板、細線、小車、打點計時器、紙帶、一端帶滑輪的長木板、細線、砝碼（鉤碼）、小盤、刻度尺、天平砝碼（鉤碼

4、）、小盤、刻度尺、天平1.1.小車質(zhì)量的測量用小車質(zhì)量的測量用 . . 2.2.打點計時器的用途是：打點計時器的用途是：打出紙帶，測量計算小車的加速度打出紙帶，測量計算小車的加速度. .天平天平【實驗提醒【實驗提醒】3.3.繩拉小車的力是不是小車受到的合外力？繩拉小車的力是不是小車受到的合外力？將木板的一端稍作墊高，使小車勻速下滑，此時小車的將木板的一端稍作墊高，使小車勻速下滑，此時小車的合外力多大合外力多大? ?4.4.繩子的拉力等于砝碼的重量嗎？為什么？繩子的拉力等于砝碼的重量嗎？為什么？ 不等于！因為砝碼向下加速，所以繩子的拉力小于不等于！因為砝碼向下加速，所以繩子的拉力小于砝砝碼的重力

5、碼的重力. . 5.5.什么情況下砝碼重力可以近似等于繩子拉力即小車所什么情況下砝碼重力可以近似等于繩子拉力即小車所受的合外力？受的合外力？ 當砝碼質(zhì)量比小車質(zhì)量小得多時，繩子的拉力近似等于砝當砝碼質(zhì)量比小車質(zhì)量小得多時，繩子的拉力近似等于砝碼的重力，即小車受到的合外力近似等于砝碼的重力碼的重力，即小車受到的合外力近似等于砝碼的重力. . 6.6.如何來平衡摩擦力？如何來平衡摩擦力？我們將長木板傾斜一定角度我們將長木板傾斜一定角度，應(yīng)該等于應(yīng)該等于此時物體在斜面上受到的合外力為此時物體在斜面上受到的合外力為0 0。做實驗時肯定無法。做實驗時肯定無法這么準確，我們只要把木板傾斜到物體在斜面上大致

6、能夠這么準確，我們只要把木板傾斜到物體在斜面上大致能夠勻速下滑（可以根據(jù)紙帶上的點來判斷）時即可勻速下滑（可以根據(jù)紙帶上的點來判斷）時即可. . arctan ,【處理數(shù)據(jù)【處理數(shù)據(jù). .探索結(jié)論探索結(jié)論】1.1.用天平測出小車和砝碼的總質(zhì)用天平測出小車和砝碼的總質(zhì)量量M,M,小盤和砝碼的總質(zhì)量小盤和砝碼的總質(zhì)量m,m,把數(shù)把數(shù)值記錄下來值記錄下來. .2.2.按如圖所示把實驗器材安裝好按如圖所示把實驗器材安裝好, ,只是不把懸掛小盤的細繩系在車只是不把懸掛小盤的細繩系在車上上, ,即不給小車施加牽引力即不給小車施加牽引力. .3.3.平衡摩擦力平衡摩擦力: :在長木板不帶定滑輪的一端下面墊一

7、塊木在長木板不帶定滑輪的一端下面墊一塊木板板. .反復(fù)移動木板的位置反復(fù)移動木板的位置, ,直至小車在斜面上運動時可以直至小車在斜面上運動時可以保持勻速直線運動狀態(tài)保持勻速直線運動狀態(tài). .這時這時, ,小車拖著紙帶運動時受到小車拖著紙帶運動時受到的摩擦阻力恰好與小車所受的重力在斜面方向上的分力的摩擦阻力恰好與小車所受的重力在斜面方向上的分力平衡平衡. .4.4.把細繩系在小車上并繞過滑輪懸掛小盤把細繩系在小車上并繞過滑輪懸掛小盤, ,先接通電源再先接通電源再放開小車放開小車, ,打點計時器在紙帶上打下一系列的點打點計時器在紙帶上打下一系列的點, ,打完點打完點后切斷電源后切斷電源, ,取下紙

8、帶取下紙帶, ,在紙帶上標上紙帶號碼。在紙帶上標上紙帶號碼。5.5.保持小車和砝碼的質(zhì)量不變保持小車和砝碼的質(zhì)量不變, ,在小盤里放入適量的砝碼在小盤里放入適量的砝碼, ,把小盤和砝碼的總質(zhì)量把小盤和砝碼的總質(zhì)量mm記錄下來記錄下來, ,重復(fù)步驟重復(fù)步驟4.4.在小盤內(nèi)在小盤內(nèi)再放入適量砝碼再放入適量砝碼, ,記錄下小盤和砝碼的總質(zhì)量記錄下小盤和砝碼的總質(zhì)量m,m,再重復(fù)再重復(fù)步驟步驟4.4.6.6.重復(fù)步驟重復(fù)步驟5 5兩次兩次, ,得到三條紙帶得到三條紙帶. .7.7.在每條紙帶上都選取一段比較理想的部分在每條紙帶上都選取一段比較理想的部分, ,標明計數(shù)點標明計數(shù)點, ,測量計數(shù)點間的距離

9、測量計數(shù)點間的距離, ,算出每條紙帶上的加速度的值算出每條紙帶上的加速度的值. . 8.8.用縱坐標表示加速度用縱坐標表示加速度a,a,橫坐標表示作用力橫坐標表示作用力F,F,作用力的大作用力的大小小F F等于小盤和砝碼的總重力等于小盤和砝碼的總重力, ,根據(jù)實驗結(jié)果在坐標平面上根據(jù)實驗結(jié)果在坐標平面上畫出相應(yīng)的點畫出相應(yīng)的點, ,如果這些點是在一條過原點的直線上如果這些點是在一條過原點的直線上, ,便證便證明了加速度與作用力成正比明了加速度與作用力成正比. .9.9.保持小盤和砝碼的質(zhì)量不變保持小盤和砝碼的質(zhì)量不變, ,在小車上加砝碼在小車上加砝碼, ,重復(fù)上面重復(fù)上面的實驗的實驗, ,用縱

10、坐標表示加速度用縱坐標表示加速度a,a,橫坐標表示小車和砝碼總橫坐標表示小車和砝碼總質(zhì)量的倒數(shù)質(zhì)量的倒數(shù), ,根據(jù)實驗結(jié)果在坐標平面上畫出相應(yīng)的點根據(jù)實驗結(jié)果在坐標平面上畫出相應(yīng)的點. .如如果這些點是在一條過原點的直線上果這些點是在一條過原點的直線上, ,就證明了加速度與質(zhì)就證明了加速度與質(zhì)量成反比量成反比. .【注意事項注意事項】1.1.一定要做好平衡摩擦力的工作一定要做好平衡摩擦力的工作, ,也就是調(diào)出一個合適的也就是調(diào)出一個合適的斜面斜面, ,使小車的重力沿著斜面方向的分力正好平衡小車受使小車的重力沿著斜面方向的分力正好平衡小車受到的摩擦阻力到的摩擦阻力. .在平衡摩擦力時在平衡摩擦力

11、時, ,不要把懸掛小盤的細線不要把懸掛小盤的細線系在小車上系在小車上, ,即不要給小車加任何牽引力即不要給小車加任何牽引力, ,并要讓小車拖并要讓小車拖著打點的紙帶運動著打點的紙帶運動. .2.2.實驗步驟實驗步驟2 2、3 3不需要重復(fù)不需要重復(fù), ,即整個實驗平衡了摩擦力后即整個實驗平衡了摩擦力后, ,不管以后是改變小盤和砝碼的總質(zhì)量還是改變小車和砝不管以后是改變小盤和砝碼的總質(zhì)量還是改變小車和砝碼的總質(zhì)量碼的總質(zhì)量, ,都不需要重新平衡摩擦力都不需要重新平衡摩擦力. .3.3.每條紙帶必須在滿足小車與車上所加砝碼的總質(zhì)量遠大每條紙帶必須在滿足小車與車上所加砝碼的總質(zhì)量遠大于小盤和砝碼的總

12、質(zhì)量的條件下打出于小盤和砝碼的總質(zhì)量的條件下打出. .只有如此只有如此, ,小盤和砝小盤和砝碼的總重力才可視為小車受到的拉力碼的總重力才可視為小車受到的拉力. .4.4.改變拉力和小車質(zhì)量后改變拉力和小車質(zhì)量后, ,每次開始時小車應(yīng)盡量靠近打點每次開始時小車應(yīng)盡量靠近打點計時器計時器, ,并應(yīng)先接通電源并應(yīng)先接通電源, ,再放開小車再放開小車, ,且應(yīng)在小車到達滑輪且應(yīng)在小車到達滑輪前按住小車前按住小車. .5.5.作圖象時作圖象時, ,要使盡可能多的點分布在所作直線上要使盡可能多的點分布在所作直線上, ,直線外直線外的點應(yīng)盡可能對稱分布在所作直線兩側(cè)的點應(yīng)盡可能對稱分布在所作直線兩側(cè). .6

13、.6.作圖時兩軸標度比例要選擇適當作圖時兩軸標度比例要選擇適當, ,各量須采用國際單位各量須采用國際單位. .這樣作圖線時這樣作圖線時, ,坐標點間距不至于過密坐標點間距不至于過密, ,誤差會小些誤差會小些. .1.1.加速度與合外力的關(guān)系加速度與合外力的關(guān)系 實驗基本思路：實驗基本思路：保持物體的質(zhì)量保持物體的質(zhì)量不變，測量物體在不同的合力作不變，測量物體在不同的合力作用下物體的加速度，分析加速度用下物體的加速度，分析加速度與合外力的關(guān)系。與合外力的關(guān)系。 采用控制變量法驗采用控制變量法驗證牛頓第二定律證牛頓第二定律實驗數(shù)據(jù)的記錄處理：實驗數(shù)據(jù)的記錄處理： F/NF/Na/ma/ms s-2

14、-20 0實驗數(shù)據(jù)實驗數(shù)據(jù)實驗次數(shù)實驗次數(shù)a aF F第一次第一次第二次第二次第三次第三次2.2.加速度與質(zhì)量的關(guān)系加速度與質(zhì)量的關(guān)系 實驗的基本思路：實驗的基本思路：保持物體所受的合外力相同，測量保持物體所受的合外力相同，測量不同質(zhì)量的物體在該力的作用下的加速度，分析加速不同質(zhì)量的物體在該力的作用下的加速度，分析加速度與質(zhì)量的關(guān)系。度與質(zhì)量的關(guān)系。 實驗數(shù)據(jù)記錄處理實驗數(shù)據(jù)記錄處理 實驗數(shù)據(jù)實驗數(shù)據(jù)實驗次數(shù)實驗次數(shù)a aM M第一次第一次第二次第二次第三次第三次1/M1/Ma/ma/m. .s s-2-20 0實驗方案二：實驗方案二：實驗器材：實驗器材：小車、一端帶滑輪的長木板、粗線、砝碼、

15、小盤、小車、一端帶滑輪的長木板、粗線、砝碼、小盤、天平、刻度尺、寬口夾子。天平、刻度尺、寬口夾子。實驗原理實驗原理: :在實驗中，我們可以根據(jù)兩個小車的運動時間相同，結(jié)合在實驗中，我們可以根據(jù)兩個小車的運動時間相同，結(jié)合運動學(xué)公式運動學(xué)公式, , 得到加速度的比值等于運動位移得到加速度的比值等于運動位移的比值，在實驗中我們就可以不必求出加速度而是直接求的比值，在實驗中我們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關(guān)系，從而使實驗數(shù)據(jù)位移的比就可以表示加速度的比值關(guān)系，從而使實驗數(shù)據(jù)的處理變得簡單、直觀。的處理變得簡單、直觀。21xat2實驗數(shù)據(jù)處理實驗數(shù)據(jù)處理 F F1 1/

16、F/F2 2x x1 1/x/x2 20 01.1.加速度與力的關(guān)系（保持小車質(zhì)量不變）加速度與力的關(guān)系（保持小車質(zhì)量不變）次數(shù)次數(shù)1 12 23 34 412FFxaxa1122次數(shù)次數(shù)1 12 23 34 4M M2 2/M/M1 1x x1 1/x/x2 20 02.2.加速度與質(zhì)量的關(guān)系（保持拉力不變）加速度與質(zhì)量的關(guān)系（保持拉力不變）12MM21MMxaxa1122探究實驗結(jié)論：探究實驗結(jié)論：物體的加速度和物體所受到的合外力有什么關(guān)系？物體的加速度和物體所受到的合外力有什么關(guān)系？和自身的質(zhì)量有什么關(guān)系？和自身的質(zhì)量有什么關(guān)系？例題例題1.1.如果如果 圖象是通過原點的一條直線，則說明

17、（圖象是通過原點的一條直線，則說明（ ） A A物體的加速度物體的加速度a a與質(zhì)量與質(zhì)量m m成正比成正比B B物體的加速度物體的加速度a a與質(zhì)量與質(zhì)量m m成反比成反比C C物體的質(zhì)量物體的質(zhì)量m m與加速度與加速度a a成正比成正比D D物體的質(zhì)量物體的質(zhì)量m m與加速度與加速度a a成反比成反比 B B 1a-m例題例題2.2.物理小組在一次探究活動中測量滑塊與木板之間物理小組在一次探究活動中測量滑塊與木板之間的動摩擦因數(shù)的動摩擦因數(shù). .實驗裝置如圖所示實驗裝置如圖所示, ,一表面粗糙的木板固一表面粗糙的木板固定在水平桌面上定在水平桌面上, ,一端裝有定滑輪一端裝有定滑輪; ;木板

18、上有一滑塊木板上有一滑塊, ,其其一端與電磁打點計時器的紙帶相連一端與電磁打點計時器的紙帶相連, ,另一端通過跨過定另一端通過跨過定滑輪的細線與托盤連接滑輪的細線與托盤連接. .打點計時器使用的交流電源的打點計時器使用的交流電源的頻率為頻率為50 Hz.50 Hz.開始實驗時開始實驗時, ,在托盤中放入適量砝碼在托盤中放入適量砝碼, ,滑塊滑塊開始做勻加速運動開始做勻加速運動, ,在紙帶上打出一系列小點在紙帶上打出一系列小點. .(1)(1)下圖給出的是實驗中獲取的一條紙帶的一部下圖給出的是實驗中獲取的一條紙帶的一部分分,0.1.2.3.4.5.6.7,0.1.2.3.4.5.6.7是計數(shù)點是

19、計數(shù)點, ,每相鄰兩計數(shù)點間還有每相鄰兩計數(shù)點間還有4 4個打點個打點( (圖中未標出圖中未標出),),計數(shù)點間的距離如圖所示計數(shù)點間的距離如圖所示. .根據(jù)圖根據(jù)圖中數(shù)據(jù)計算的加速度中數(shù)據(jù)計算的加速度a a=_.(=_.(保留三位有效數(shù)字保留三位有效數(shù)字).).(2)(2)回答下列兩個問題回答下列兩個問題: :為測量動摩擦因數(shù)為測量動摩擦因數(shù), ,下列物理量中還應(yīng)測量的有下列物理量中還應(yīng)測量的有_.(_.(填入所選物理量前的字母填入所選物理量前的字母) )A.A.木板的長度木板的長度L B.L B.木板的質(zhì)量木板的質(zhì)量m m1 1 C. C.滑塊的質(zhì)量滑塊的質(zhì)量m m2 2D.D.托盤和砝碼

20、的總質(zhì)量托盤和砝碼的總質(zhì)量m m3 3 E. E.滑塊運動的時間滑塊運動的時間t t測量測量中所選定的物理量時需要的實驗器材是中所選定的物理量時需要的實驗器材是_._.(3)(3)滑塊與木板間的動摩擦因數(shù)滑塊與木板間的動摩擦因數(shù)=_(=_(用被測物理量的用被測物理量的字母表示字母表示, ,重力加速度為重力加速度為g).g).與真實值相比與真實值相比, ,測量的動摩擦測量的動摩擦因數(shù)因數(shù)_(_(填填“偏大偏大”或或“偏小偏小”).).寫出支持你的看法的寫出支持你的看法的一個論據(jù)一個論據(jù):_.:_.解析解析: :(1)a= 0.497 m/s(1)a= 0.497 m/s2 2(2)(2)要測動摩

21、擦因數(shù)要測動摩擦因數(shù), ,就要測出滑塊受的拉力和滑塊質(zhì)就要測出滑塊受的拉力和滑塊質(zhì)量量; ;測質(zhì)量就需要天平測質(zhì)量就需要天平. .(3)(3)根據(jù)牛頓第二定律根據(jù)牛頓第二定律m m3 3g-mg-m2 2g=(mg=(m2 2+m+m3 3)a)a得得=這樣測出的動摩擦因數(shù)比真實值偏大這樣測出的動摩擦因數(shù)比真實值偏大, ,因為紙帶和打點計因為紙帶和打點計時器間還有摩擦?xí)r器間還有摩擦, ,計算時忽略掉計算時忽略掉, ,導(dǎo)致結(jié)果偏大導(dǎo)致結(jié)果偏大. .7654322(xxx )(xxx )9T3232m g(mm )am g1.1.在在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗中

22、，關(guān)于平的實驗中，關(guān)于平衡摩擦力的說法中正確的是衡摩擦力的說法中正確的是( )( )A.“A.“平衡摩擦力平衡摩擦力”的本質(zhì)就是讓小車受到的摩擦力為零的本質(zhì)就是讓小車受到的摩擦力為零B.“B.“平衡摩擦力平衡摩擦力”的本質(zhì)就是使小車所受的重力沿斜面的本質(zhì)就是使小車所受的重力沿斜面方向的分力與所受到的摩擦阻力相平衡方向的分力與所受到的摩擦阻力相平衡C.“C.“平衡摩擦力平衡摩擦力”的目的就是要使小車所受的合力等于的目的就是要使小車所受的合力等于所掛砝碼通過細繩和滑輪對小車施加的拉力所掛砝碼通過細繩和滑輪對小車施加的拉力D.“D.“平衡摩擦力平衡摩擦力”是否成功，可根據(jù)小車拖動的由打點是否成功，可

23、根據(jù)小車拖動的由打點計時器打出的紙帶上的點跡間距是否均勻來確定計時器打出的紙帶上的點跡間距是否均勻來確定BCDBCD2.2.在在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗中備有下的實驗中備有下列器材：列器材：A.A.打點計時器打點計時器;B.;B.天平天平;C.;C.秒表秒表;D.;D.低壓交流電源低壓交流電源;E.;E.電電池池;F.;F.紙帶紙帶;G.;G.細繩、砝碼、小車、小盤；細繩、砝碼、小車、小盤；H.H.薄木板薄木板;I.;I.裝裝有細砂的小桶有細砂的小桶其中多余的器材是其中多余的器材是_；缺少的器材是缺少的器材是_._.【解析【解析】多余的器材是秒表、電池；缺

24、少的是刻度尺、多余的器材是秒表、電池；缺少的是刻度尺、一端帶滑輪的長木板一端帶滑輪的長木板. .答案：答案：C C、E E 刻度尺、一端帶滑輪的長木板刻度尺、一端帶滑輪的長木板3. (20123. (2012宜賓高一檢測宜賓高一檢測) )在做在做“探究加速度與力、質(zhì)量探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系的關(guān)系”的實驗時，計算出各紙帶的加速度后，將測得的的實驗時，計算出各紙帶的加速度后，將測得的反映加速度反映加速度a a和力和力F F關(guān)系的有關(guān)資料記錄在表一中關(guān)系的有關(guān)資料記錄在表一中. .將測得將測得的反映加速度的反映加速度a a和質(zhì)量和質(zhì)量M M關(guān)系的有關(guān)資料記錄在表二中關(guān)系的有關(guān)資料記錄在表二中.

25、.1.981.984.064.065.955.958.128.121.001.002.002.003.003.004.004.002a /(m s )F/ N表一表一(1)(1)根據(jù)表中所列數(shù)據(jù)，分別畫出根據(jù)表中所列數(shù)據(jù)，分別畫出a-Fa-F圖象和圖象和a- a- 圖象圖象. .(2)(2)由圖象可以判定：當由圖象可以判定：當M M一定時，一定時，a a與與F F的關(guān)系為的關(guān)系為_；當；當F F一定時，一定時，a a與與M M的關(guān)系為的關(guān)系為_._.1M2.042.042.662.663.233.233.983.980.500.500.670.670.800.801.001.002a /(m s )/ kgM11表二表二【解析【解析】本題主要考查本實驗的數(shù)據(jù)處理問題以及結(jié)合本題主要考查本實驗的數(shù)據(jù)處理問題以及結(jié)合圖表綜合分析問題的能力圖表綜合分析問題的能力. .（1 1）分別畫出）分別畫出a-Fa-F與與a- a- 的坐標，按表中數(shù)據(jù)進行描的坐標，按表中數(shù)據(jù)進行描點，作一直線，使直線經(jīng)過大多數(shù)點即可得到圖象，如點，作一直線，使直