物理人教必修一4.2實驗探究加速度與力和質量的關系課件49張

1、實驗：探究加速度與力、質量的關系,牛一定律：一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài) 或靜止狀態(tài),除非作用在它上面的力迫使它改 變這種狀態(tài)。,牛一定律，又稱慣性定律；物體保持原來勻 速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)的性質，稱為慣 性；物體的慣性只和質量有關，質量越大， 慣性越大。,溫故知新:,由牛一定律可知：,物體不受外力,所受合外力為零,物體處于靜止或勻速直線運動 狀態(tài)，即運動狀態(tài)不變。,那么設想：如果物體所受合外力不為零，則物體運 動會怎樣？,溫故知新:,物體不受力時的運動情況,點球,守門員撲球,法拉利F2003-GA賽車與 著名戰(zhàn)斗機“颶風2000”,思考： 物體加速度a和哪些因素有關？你是怎么知道的？,

2、第二節(jié),探究加速度與力、質量的關系,實驗：,學習目標 ：,1、學會通過實驗探究物體加速度與 力、質量的關系,2、在實驗中掌握打點計時器的用法,3、對實驗數(shù)據(jù)進行科學處理 對實驗結果進行歸納分析,1、物體受到的合外力不為零是物體產(chǎn)生 加速度的原因，即力是物體產(chǎn)生加 速度的原因。,回憶分析,2、質量也將決定物體加速度的大小。,加速度大小與物體受力大小有關,加速度還與物體質量有關,質量一定時，受力越大，其加速度越大,受力一定時，質量越小，其加速度越大。 這里的力指物體所受合力,明確幾個問題:,1.實驗要說明什么問題?,3.如何由實驗得出結論?,2.怎么設計這個實驗?,a與F關系?,a與m關系?,1.

3、測量哪些量?,2.怎么測量?,數(shù)據(jù)處理,控制一個量 不變,a、F、m,m：,a:,F:,天平,打點計時器,物體所受的 合力,研究方法：控制變量法,保持物體的質量不變，測量物體在不同 作用下的加速度，分析加速度與合外力 的關系。,保持物體所受力合外力相同，測量不同 質量的物體在該力下的加速度，分析加 速度與質量的關系。,制定實驗方案、設計實驗,小車、打點計時器、紙帶、 學生電源、一端帶滑輪的長木板、細 線、刻度尺、天平、鉤碼,2.物體的質量用測量,天平,1.怎樣測量物體的加速度？,3.怎樣給小車提供一個恒定的合力？,實驗器材：,實驗裝置圖,宜昌市何老師理科教室,例：,平

4、衡摩擦力,將長木板不帶滑輪一端適當墊高，使 小車的重力沿斜面向下的分力與摩擦力平衡。,怎樣就算平衡好摩擦力了？,4.如何測定小車受到的合力？,5.繩子拉力大小?鉤碼的重力。,小于,6.什么情況下，繩子拉力近似等于 鉤碼重力即小車所受的合力？,理論計算發(fā)現(xiàn)：當鉤碼質量比小車質量 小很多時（ ），繩子拉力近似等 于鉤碼重力即小車所受的合力,測加速度法,方案一：,實驗裝置圖,方案一：,宜昌市何老師理科教室,實驗探究,1.探究加速度與合力的關系,實驗基本思路：保持小車的質量不變，測量小車在不同作用下的加速度，分析加速度與合力的關系。,做實驗 、得數(shù)據(jù)、填表格一、作圖象、進行分

5、析、形成結論,怎樣改變合力？,0.10 0.146,0.20 0.302,0.30 0.428,0.40 0.592,0.50 0.751,如何更處理數(shù)據(jù)？ 直觀地,2.探究加速度與質量的關系,實驗基本思路：保持小車所受合力相同，測量不同質量的小車在該力下的加速度，分析加速度與質量的關系。,做實驗 、得數(shù)據(jù)、填表格二、作圖象、交流分析、形成結論,怎樣改變小車的質量？,宜昌市何老師理科教室,實驗須知：,1.平衡摩擦力 2.小車開始時要靠近打點計時器 3. 探究a與F關系時，可在小車上放兩個的鉤碼,F=mg g=9.8m/s2 4.小車質量m= g，各種鉤碼質量看標注 5

6、.打點計時器打點周期T=0.02s,方案二：,比較法,宜昌市何老師理科教室,方案二：以小車、一端帶滑輪的長木板、粗線、砝碼、鉤碼、天平、刻度尺、寬口夾子為實驗器材，研究小車的運動。,注意：只有當盤和砝碼的質量要比小車的質量小得多時，小車所受拉力才近似等于盤和砝碼的總重力。,1.怎樣測量（或比較）物體的加速度？,2.怎樣提供和測量物體所受的拉力F ？,1、控制m相同，探討加速度a與F的關系,實驗方案原理：如圖所示,F1, F2，在相同的時間內:,x1= a1t2,x2 = a2t2,a1/ a2=x1/x2,測量出x1 、x2,2、控制F相同，探討加速度a與m的關系,宜

7、昌市何老師理科教室,保持物體的質量不變，測量物體在不同的力作用下的加速度，分析加速度與力的關系,位移x1/cm,位移x2/cm,(M+m2)（g） (表示F2大小),盤中砝碼m2（g）,300 0 10,50,20,30,40,60,盤中砝碼m1（g）,(M+m1)（g） (表示F1大小),70,F,a,(M+m1),(M+m2),保持物體所受的力相同，測量不同質量的物體在該力作用下的加速度，分析加速度與質量的關系,300 6 50,車上砝碼m1（g）,位移x1/cm,100,50,150,200,250,車上砝碼 m2（g）,位移x2/cm,小車1質量M1,小車2質

8、量M2,300,M2 / M1,M1 / M2,a,小結,探究加速度與力、質量的關系,1.研究方法：,2.數(shù)據(jù)處理方法：,3.結論：,控制變量法,圖象法,aF a1/m,1整個實驗平衡了摩擦力后，不管以后是改變小盤和砝碼的質量還是改變小車和砝碼的質量，都不需要重新平衡摩擦力平衡摩擦力是指使小車所受動力(小車重力沿斜面方向的分力)與小車所受阻力(包括小車所受摩擦力和打點計時器對小車之后所拖紙帶的摩擦力)大小相等平衡摩擦力時，應在小車后拖上紙帶，先接通電源，再用手給小車一個初速度，若在紙帶上打出的點的間隔是均勻的，則表明平衡了摩擦力，否則必須重新調整小木板的位置,實驗注意事項,2平衡摩擦力后，每次

9、實驗時必須滿足在小 車上所加砝碼的質量遠大于砝碼和小盤的總質 量的條件下進行只有如此，砝碼和小盤的總 重力才可視為與小車受到的拉力相等,3改變拉力和小車質量后，每次開始時小車應盡量靠近打點計時器(或盡量遠離定滑輪的一端)，并應先接通電源，再放開小車，且在小車到達定滑輪前應按住小車 4各紙帶的加速度a，都應是該紙帶的平均加速度 5作圖象時，要使盡可能多的點在所作直線上，不在直線上的點應盡可能對稱分布在所作直線的兩側,1小車質量m應比重物的質量m大得多，其原理將在后面的牛頓運動定律的應用中專門討論二者差距越小，圖象線性越差 2夾口的密合性能差是造成誤差的原因之一由于小車的質量和速度較大，夾子不易夾

10、住小車的后拖線；有些時候夾子夾住一根拖線，而另一根未被夾住，對應小車仍向前運動，這些都是造成位移誤差的原因,3小車運動停止時不能與定滑輪相碰，如果小車碰到定滑輪才松手讓夾子夾住拖線，則與定滑輪相碰的小車位移偏小，產(chǎn)生誤差,誤差分析,某實驗小組的幾名同學在探究加速度與物體的質量以及外力關系的實驗中，當物體的質量一定時，分別根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出了不同的實驗圖象，如下圖所示，下列說法中正確的是(),A形成圖甲的原因是平衡摩擦力時長木板傾角過大 B形成圖乙的原因是平衡摩擦力時長木板傾角過小 C形成圖丙的原因是平衡摩擦力時長木板傾角過大 D形成圖丁的原因是平衡摩擦力時長木板傾角過小 【解析】根據(jù)圖象可分析，

11、甲、乙兩圖中，當外力F0時加速度a0，則說明F0時已經(jīng)有加速度，,這說明木板傾角過大木板的傾角越大，小車獲得的動力就越大，越容易出現(xiàn)甲、乙兩圖所對應的情況，因此選項A正確丙、丁兩圖中，當加速度a0時外力F0，即拉力不為零時加速度卻仍為零，這說明還有摩擦力沒有平衡掉，因此木板傾角過小，選項 D正確 【答案】AD,例4實驗：在“探究加速度與力、質量的關系”的實驗中，實驗裝置如下圖(1)所示,宜昌市何老師理科教室,(1)為驗證小車質量M不變時，a與F成正比小車質量M和沙及桶的質量m分別選取下列幾組數(shù)值：應該用哪組效果會好() AM500g，m分別為50g、70g、100g1

12、25g BM500g，m分別為20g、30g、40g、50g CM200g，m分別為50g、70g、100g125g DM200g，m分別為30g、40g、50g、60g,(2)有兩位同學通過測量作出aF圖象，如上圖(2)所示甲、乙中的A、B圖線試分析： A圖線不通過坐標原點的原因是 _； A圖線上部彎曲的原因是 _； B圖線在縱軸上有截距的原因是 _,答案：(1)B (2)沒有平衡摩擦力或摩擦力平衡不夠 未滿足沙和沙桶質量m遠小于小車的質量M 平衡摩擦力時，長木板傾角過大，小車沿斜面向下分力大于摩擦力，使尚未對小車施加力時，小車已有加速度,解析：實驗時，需要物體的質量遠小于小車的質量，效果才

13、顯著自然界中存在摩擦的影響，所以，要平衡摩擦力，這樣畫出的應是過原點的一條傾斜向上的直線為減小實驗誤差應使Mm，為此選B組數(shù)值誤差較小，所畫的aF圖線就會比較準確,規(guī)律總結：(1)實驗原理中設定為光滑水平面情形，所以實驗中應平衡摩擦力，若未平衡摩擦力或平衡不當就會帶來系統(tǒng)誤差 (2)實驗中若把沙和沙筒所受的重力mg當做小車和砝碼(總質量為M)所受的拉力，須滿足mM的條件，這個條件越不滿足，所帶來的系統(tǒng)誤差也就越大,2“探究加速度與力、質量的關系”的實驗中，用改變沙子的質量的辦法來改變對小車的作用力F，用打點計時器測出小車的加速度a，得出若干組F和a的數(shù)據(jù)，然后根據(jù)測得的數(shù)據(jù)作如右圖所示的aF圖線，發(fā)現(xiàn)圖線既不過原點，也不是直線，原因是(),A沒有平衡摩擦力，且小車質量較大 B平衡摩擦力時，所墊木板太高，且沙子和小桶的質量較大 C平衡摩擦力時，所墊木板太低，且沙子和小桶的質量較大 D平衡摩擦力時，所墊木板太高，且小車質量較大 答案：C,宜昌市何老師理科教室,解析：根據(jù)題中圖象可知，平衡摩擦力時，所墊木板太低，圖象與橫軸的截距為摩擦力的大??；由圖象發(fā)生彎曲可以推斷出沙子和小桶的質量較大，在下落時本身向下的加速度所需要的力使小車所受合力減小,宜昌市何老師理科教室,3按實驗要求安裝好器材后，應按一定步