實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系-課件-高一上學(xué)期物理人教版(2019)必修第一冊

4.2實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系2019版必修一引入思考：物體的加速度a和什么有關(guān)？1、質(zhì)量2、受力例如：空載汽車從靜止加速到100km/h，只需十幾秒的時間，而滿載的貨車加速就慢的多。例如：競賽用的小汽車，質(zhì)量不很大，卻安裝著強大的發(fā)動機，可以獲得很大的加速度。實驗思路

物體的加速度a可能和哪些因素有關(guān)？mF1mF2F1<F2m2Fm1<m2m1F控制變量法結(jié)論：當物體質(zhì)量一定時，物體的加速度隨著力的增大而增大。結(jié)論：當力的大小一定時，物體的加速度隨著質(zhì)量的增大而減小.一、實驗?zāi)康牧|(zhì)量加速度加速度探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系二、實驗設(shè)計整體思路可能影響加速度的因素有兩個，一是質(zhì)量，二力外力。怎樣才能判斷某一可能因素是否對加速度有影響呢？控制變量法。在探究質(zhì)量對加速度的影響時，控制合外力不變，改變研究對象質(zhì)量的大小，觀察加速度的變化。在探究外力對加速度的影響時，探究研究對象的質(zhì)量不變，改變外力的大小，觀察研究對象加速度的變化。二、實驗設(shè)計要測量的物理量力質(zhì)量加速度物理量的測量

質(zhì)量的測量m天平加速度的測量a打點計時器公式法推論法比較法

物理量的測量

質(zhì)量的測量m天平加速度的測量a打點計時器力的測量F重物牽引mg實驗方案的設(shè)計

方案1:用阻力補償法探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系方案2：位移比較法由于兩小車同時啟動、同時停止，故運動時間相同，兩小車移動的距離為：轉(zhuǎn)化為測位移1.探究加速度與力的關(guān)系

保持其中一個小盤和重物的總質(zhì)量不變，另一個小盤和重物的總質(zhì)量逐漸加大，但是不要過大，測出每次的小盤和重物的總質(zhì)量與對應(yīng)的紙帶距離。2.探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系

保持牽引小車的小盤和重物的總質(zhì)量不變，改變小車的質(zhì)量，測出每次小車的質(zhì)量和對應(yīng)的位移。進行試驗

調(diào)試實驗裝置進行實驗加速度與力的關(guān)系加速度與質(zhì)量的關(guān)系小車質(zhì)量一定拉力F加速度a質(zhì)量m加速度a小車所受拉力一定數(shù)據(jù)分析繪制a-F圖像。若這些點大致在同一條直線上，故可以判斷在質(zhì)量一定時，物體的加速度與其所受的合外力成正比。分析a~FF/Na/m·s-20.150.300.450.600.75

00.10.20.30.40.5當小車質(zhì)量不變時次數(shù)F/Na/m·s-2123450.100.1460.200.3020.300.4280.400.5920.500.751如何更直觀地處理數(shù)據(jù)？作a-F圖可以直觀看出數(shù)據(jù)的關(guān)系，注意：使盡量多的點在直線上，不在直線上的點應(yīng)對稱分布在直線的兩側(cè)，誤差較大的舍去.數(shù)據(jù)分析分析a~F數(shù)據(jù)分析若加速度的大小隨質(zhì)量的增大而減小。但這時僅從圖像上不能判斷加速度就一定與質(zhì)量成反比，因為也有可能是其他的函數(shù)關(guān)系，如二次函數(shù)，擺線。繪制a-m圖像。分析a~mm/kga/ms-20.20.40.60.81.000.20.40.60.81.01.2次數(shù)m/kga/m.s-212345/kg-12.502.001.331.000.83a/m·s-20.20.40.60.81.000.51.01.52.02.5/kg-1m10.4000.8610.5000.6920.7500.4701.0000.3521.2000.290當拉力不變時m1a與m不成正比關(guān)系，怎么研究？以a為縱坐標，以為橫坐標，作出

圖像，若圖像是一條直線，說明a與成正比，即a與m成反比.分析a~m數(shù)據(jù)分析?平衡摩擦力時不要掛小盤，平衡摩擦力后，不管以后是改變小盤中重物的質(zhì)量，還是改變小車上所加砝碼的質(zhì)量，都不需要重新平衡摩擦力。?實驗時要先接通電源后放開小車。?實驗中必須滿足小車和小車上所加砝碼的總質(zhì)量遠大于重物和小盤的總質(zhì)量。只有如此，重物和小盤的總重力才可視為與小車受到的拉力相等。?每次開始時小車應(yīng)盡量靠近打點計時器(或盡量遠離帶滑輪的一端)，且在小車到達滑輪前應(yīng)按住小車。?作圖線時，要使盡可能多的點落在所作直線上，不在直線上的點應(yīng)盡可能對稱分布在所作直線兩側(cè)，離直線較遠的點應(yīng)該舍去不予考慮。五點注意事項

?實驗原理不完善造成誤差：小盤及盤中砝碼的總質(zhì)量越小，誤差越小。

如圖說明拉力很大時，AB段明顯偏離直線，即所掛小盤及盤中砝碼的總質(zhì)量太大，不滿足遠小于小車和車中砝碼的總質(zhì)量的條件。?平衡摩擦力不準造成誤差：實驗一環(huán)里中設(shè)定為光滑水平面情形，所以實驗中應(yīng)平衡摩擦力，若未平衡摩擦力或平衡不當就會帶來系統(tǒng)誤差。

如圖中直線①，說明平衡摩擦力過度了，即拉力F=0時已產(chǎn)生加速度，其加速度是重力的分力過大形成的。若出現(xiàn)圖甲中的直線②，說明平衡摩擦力不夠，因為拉力大于F0時產(chǎn)生的加速度。誤差分析

阻力補償法控制變量法近似法圖像法化曲為直法解析答案解析實驗時首先要補償阻力，使小車受到的合力等于細繩對小車的拉力，故①正確；補償阻力的方法是：小車與紙帶相連，小車前面不掛砂桶，把小車放在墊有墊塊的平板上并給小車一個初速度，看小車能否做勻速直線運動，故②錯誤；補償阻力后，mgsinθ＝μmgcosθ＋f紙，故每次改變拉小車的拉力后都不需要重新補償阻力，③錯誤；實驗中通過在砂桶中增加砂子來改變小車受到的拉力，故④正確；實驗中應(yīng)先接通電源，后放開小車，使紙帶得到充分利用，故⑤錯誤；實驗中牽引小車的繩子應(yīng)跟平板平行，使小車沿繩子拉力的方向運動，故⑥正確。故選D。解析典型考點三實驗數(shù)據(jù)處理及誤差分析3．某同學(xué)設(shè)計了一個“探究加速度a與物體所受合力F及物體質(zhì)量m的關(guān)系”的實驗，所用交流電源的頻率為50Hz。(1)如圖甲所示為某次實驗得到的紙帶的一部分，根據(jù)紙帶可求出小車的加速度大小為________m/s2。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)3.2

(3)保持小車的質(zhì)量不變，改變槽碼的質(zhì)量，該同學(xué)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出了加速度a隨合力F變化的圖線，如圖丙所示。該圖線不通過原點，其主要原因是____________________________。補償阻力過度

解析解析典型考點四實驗創(chuàng)新4．如圖所示是某同學(xué)探究加速度與力的關(guān)系的實驗裝置。他在氣墊導(dǎo)軌上安裝了一個光電門B，滑塊上固定一寬度為d的遮光條，滑塊用細線繞過氣墊導(dǎo)軌左端的定滑輪與力傳感器相連，傳感器下方懸掛鉤碼，每次滑塊都從A處由靜止釋放。(1)下列不必要的一項實驗要求是________(請?zhí)顚戇x項前對應(yīng)的字母)。A．應(yīng)使A位置與光電門間的距離適當大些B．應(yīng)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)節(jié)水平C．應(yīng)使細線與氣墊導(dǎo)軌平行D．應(yīng)使滑塊質(zhì)量遠大于鉤碼和力傳感器的總質(zhì)量(2)實驗時，將滑塊從A位置由靜止釋放，由數(shù)字計時器讀出遮光條通過光電門B的時間t，若要得到滑塊的加速度，還需要測量的物理量是____________________________________。D

解析5．某同學(xué)設(shè)計了如下實驗方案用來“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”：①如圖甲所示，將木板有定滑輪的一端墊起，將滑塊通過細繩與帶夾子的重錘相連，然后跨過定滑輪，重錘下夾一紙帶，穿過固定的打點計時器，調(diào)整木板傾角，直到向下輕推滑塊后，滑塊沿木板勻速運動。②如圖乙所示，保持長木板的傾角不變，將打點計時器安裝在長木板上靠近定滑輪處，取下細繩和重錘，將滑塊與紙帶相連，使紙帶穿過打點計時器，然后接通電源釋放滑塊，使滑塊由靜止開始加速運動。打點計時器使用的是頻率為50Hz的交流電源，打出的紙帶如圖丙所示，A、B、C、D、E是紙帶上的五個計數(shù)點。(1)圖乙中滑塊下滑的加速度為________m/s2。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(2)若重錘質(zhì)量為m，滑塊質(zhì)量為M，重力加速度為