實驗探究加速度與力質(zhì)量的關(guān)系 省賽獲獎-完整版課件

2實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系1、理解通過控制變量法探究物體加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系的方法。2、理解實驗思路以及用圖像處理實驗數(shù)據(jù)的有效性。3、體會探究過程的嚴(yán)謹(jǐn)與合理性?；貞浄治觯号ｎD第一定律告訴我們，物體的運(yùn)動不需要力來維持。力和運(yùn)動到底是怎樣的關(guān)系？思考幾個問題1、探究實驗中提到的力，其內(nèi)涵是什么？2、如果一個靜止的物體受到不為零的合外力會怎樣運(yùn)動？3、物體運(yùn)動狀態(tài)的改變是什么原因？質(zhì)量對物體的運(yùn)動狀態(tài)的改變有影響嗎？4、加速度與哪些因素有關(guān)？我們身邊的運(yùn)動狀態(tài)變化:1、對同一輛車，啟動時從不同檔啟動快慢為什么不一樣？2、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？3、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？4、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？一、實驗器材：

小車、打點(diǎn)計時器、紙帶、一端帶滑輪的長木板、細(xì)線、砝碼（鉤碼）、小盤、刻度尺、天平1、小車質(zhì)量的測量用

。2、打點(diǎn)計時器的用途是：打出紙帶，測量計算小車的加速度。天平3、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，此時小車的合外力多大?4、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砝碼的重力。5、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？當(dāng)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。6、如何來平衡摩擦力？我們將長木板傾斜一定角度θ，θ應(yīng)該等于此時物體在斜面上受到的合外力為0。做實驗時肯定無法這么準(zhǔn)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(diǎn)來判斷）

例1、如圖一個質(zhì)量為m木塊正在傾角為θ為的三角斜面上勻速下滑，試求斜面的動摩擦因數(shù)。探討：如果此時給物體加上一個沿斜面向下的力F，那物體現(xiàn)在受到的合外力是多少？θFNGcosθGsinθG探究方案一：實驗裝置圖【處理數(shù)據(jù)、探索結(jié)論】1.用天平測出小車和砝碼的總質(zhì)量M,小盤和砝碼的總質(zhì)量m,把數(shù)值記錄下來.2.按如圖1所示把實驗器材安裝好,只是不把懸掛小盤的細(xì)繩系在車上,即不給小車施加牽引力.3.平衡摩擦力:在長木板不帶定滑輪的一端下面墊一塊木板.反復(fù)移動木板的位置,直至小車在斜面上運(yùn)動時可以保持勻速直線運(yùn)動狀態(tài).這時,小車拖著紙帶運(yùn)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平衡.4.把細(xì)繩系在小車上并繞過滑輪懸掛小盤,先接通電源再放開小車,打點(diǎn)計時器在紙帶上打下一系列的點(diǎn),打完點(diǎn)后切斷電源,取下紙帶,在紙帶上標(biāo)上紙帶號碼。5.保持小車和砝碼的質(zhì)量不變,在小盤里放入適量的砝碼,把小盤和砝碼的總質(zhì)量m′記錄下來,重復(fù)步驟4.在小桶內(nèi)再放入適量砝碼,記錄下小盤和砝碼的總質(zhì)量m″,再重復(fù)步驟4.6.重復(fù)步驟5兩次,得到三條紙帶.7.在每條紙帶上都選取一段比較理想的部分,標(biāo)明計數(shù)點(diǎn),測量計數(shù)點(diǎn)間的距離,算出每條紙帶上的加速度的值.8.用縱坐標(biāo)表示加速度a,橫坐標(biāo)表示作用力F,作用力的大小F等于小盤和砝碼的總重力,根據(jù)實驗結(jié)果在坐標(biāo)平面上畫出相應(yīng)的點(diǎn),如果這些點(diǎn)是在一條過原點(diǎn)的直線上,便證明了加速度與作用力成正比.9.保持小盤和砝碼的質(zhì)量不變,在小車上加砝碼,重復(fù)上面的實驗,用縱坐標(biāo)表示加速度a,橫坐標(biāo)表示小車和砝碼總質(zhì)量的倒數(shù),根據(jù)實驗結(jié)果在坐標(biāo)平面上畫出相應(yīng)的點(diǎn).如果這些點(diǎn)是在一條過原點(diǎn)的直線上,就證明了加速度與質(zhì)量成反比.【注意事項】1.一定要做好平衡摩擦力的工作,也就是調(diào)出一個合適的斜面,使小車的重力沿著斜面方向的分力正好平衡小車受的摩擦阻力.在平衡摩擦力時,不要把懸掛小盤的細(xì)線系在小車上,即不要給小車加任何牽引力,并要讓小車拖著打點(diǎn)的紙帶運(yùn)動.2.實驗步驟2、3不需要重復(fù),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碼的總質(zhì)量,都不需要重新平衡摩擦力.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(yuǎn)大于小盤和砝碼的總質(zhì)量的條件下打出.只有如此,小盤和砝碼的總重力才可視為小車受到的拉力.4.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(diǎn)計時器,并應(yīng)先接通電源,再放開小車,且應(yīng)在小車到達(dá)滑輪前按住小車.5.作圖象時,要使盡可能多的點(diǎn)分布在所作直線上,直線外的點(diǎn)應(yīng)盡可能對稱分布在所作直線兩側(cè).6.作圖時兩軸標(biāo)度比例要選擇適當(dāng),各量須采用國際單位.這樣作圖線時,坐標(biāo)點(diǎn)間距不至于過密,誤差會小些.1、加速度與合外力的關(guān)系實驗基本思路：保持物體的質(zhì)量不變，測量物體在不同的合力作用下物體的加速度，分析加速度與合外力的關(guān)系。實驗數(shù)據(jù)的記錄處理：F/Na/m·s-20實驗數(shù)據(jù)實驗次數(shù)aF第一次第二次第三次2、加速度與質(zhì)量的關(guān)系實驗的基本思路：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)實驗次數(shù)aM第一次第二次第三次1/Ma/m.s-20實驗方案二：實驗器材：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。點(diǎn)擊可重復(fù)觀看實驗原理:在實驗中，我們可以根據(jù)兩個小車的運(yùn)動時間相同，結(jié)合運(yùn)動學(xué)公式,得到加速度的比值等于運(yùn)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。實驗數(shù)據(jù)處理F1/F2x1/x201、加速度與力的關(guān)系（保持小車質(zhì)量不變）次數(shù)1234次數(shù)1234M2/M1x1/x202、加速度與質(zhì)量的關(guān)系（保持拉力不變）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？和自身的質(zhì)量有什么關(guān)系？例2、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).實驗裝置如圖所示,一表面粗糙的木板固定在水平桌面上,一端裝有定滑輪;木板上有一滑塊,其一端與電磁打點(diǎn)計時器的紙帶相連,另一端通過跨過定滑輪的細(xì)線與托盤連接.打點(diǎn)計時器使用的交流電源的頻率為50Hz.開始實驗時,在托盤中放入適量砝碼,滑塊開始做勻加速運(yùn)動,在紙帶上打出一系列小點(diǎn).(1)下圖給出的是實驗中獲取的一條紙帶的一部分,0、1、2、3、4、5、6、7是計數(shù)點(diǎn),每相鄰兩計數(shù)點(diǎn)間還有4個打點(diǎn)(圖中未標(biāo)出),計數(shù)點(diǎn)間的距離如圖所示.根據(jù)圖中數(shù)據(jù)計算的加速度a=________.(保留三位有效數(shù)字).(2)回答下列兩個問題:①為測量動摩擦因數(shù),下列物理量中還應(yīng)測量的有_____.(填入所選物理量前的字母)A.木板的長度LB.木板的質(zhì)量m1C.滑塊的質(zhì)量m2D.托盤和砝碼的總質(zhì)量m3E.滑塊運(yùn)動的時間t②測量①中所選定的物理量時需要的實驗器材是_____.(3)滑塊與木板間的動摩擦因數(shù)μ=_____(用被測物理量的字母表示,重力加速度為g).與真實值相比,測量的動摩擦因數(shù)_____(填“增大”或“偏小”).寫出支持你的看法的一個論據(jù):_____.解析:(1)a=0.497m/s2(2)①要測動摩擦因數(shù),就要測出滑塊受的拉力和滑塊質(zhì)量;②測質(zhì)量就需要天平.(3)根據(jù)牛頓第二定律m3g-μm2g=(m2+m3)a得μ=這樣測出的動摩擦因數(shù)比真實值偏大,因為紙帶和打點(diǎn)計時器間還有摩擦,計算時忽略掉,導(dǎo)致結(jié)果偏大.練習(xí)1.關(guān)于驗證牛頓運(yùn)動定律的實驗,下列說法中符合實際的是()A.通過同時改變小車的質(zhì)量m及受到的拉力F的研究,能歸納出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系B.通過保持小車質(zhì)量不變,只改變小車的拉力的研究,就可以歸納出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系C.通過保持小車受力不變,只改變小車質(zhì)量的研究,就可以得出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系D.先不改變小車質(zhì)量,研究加速度與力的關(guān)系;再不改變力,研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系,最后歸納出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系D練習(xí)2.在“探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系”的實驗中(1)某小組得到一條打點(diǎn)的紙帶,相鄰計數(shù)點(diǎn)間的時間間隔為T,且間距x1、x2、x3、x4、x5、x6已量出,如圖所示,計算D點(diǎn)的瞬時速度的表達(dá)式,加速度的表達(dá)式.(2)另一小組在該實驗中得到了如下一組實驗數(shù)據(jù)F/N0.1960.3920.3920.5880.588a/