物理人教必修一4.2實(shí)驗探究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系課件49張

1、實(shí)驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系,牛一定律：一切物體總保持勻速直線運(yùn)動狀態(tài) 或靜止?fàn)顟B(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(yùn)動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)，稱為慣 性；物體的慣性只和質(zhì)量有關(guān)，質(zhì)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(yùn)動 狀態(tài)，即運(yùn)動狀態(tài)不變。,那么設(shè)想：如果物體所受合外力不為零，則物體運(yùn) 動會怎樣？,溫故知新:,物體不受力時的運(yùn)動情況,點(diǎn)球,守門員撲球,法拉利F2003-GA賽車與 著名戰(zhàn)斗機(jī)“颶風(fēng)2000”,思考： 物體加速度a和哪些因素有關(guān)？你是怎么知道的？,

2、第二節(jié),探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系,實(shí)驗：,學(xué)習(xí)目標(biāo) ：,1、學(xué)會通過實(shí)驗探究物體加速度與 力、質(zhì)量的關(guān)系,2、在實(shí)驗中掌握打點(diǎn)計時器的用法,3、對實(shí)驗數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)處理 對實(shí)驗結(jié)果進(jìn)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(zhì)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(guān),加速度還與物體質(zhì)量有關(guān),質(zhì)量一定時，受力越大，其加速度越大,受力一定時，質(zhì)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(shí)驗要說明什么問題?,3.如何由實(shí)驗得出結(jié)論?,2.怎么設(shè)計這個實(shí)驗?,a與F關(guān)系?,a與m關(guān)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(diǎn)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(zhì)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(guān)系。,保持物體所受力合外力相同，測量不同 質(zhì)量的物體在該力下的加速度，分析加 速度與質(zhì)量的關(guān)系。,制定實(shí)驗方案、設(shè)計實(shí)驗,小車、打點(diǎn)計時器、紙帶、 學(xué)生電源、一端帶滑輪的長木板、細(xì) 線、刻度尺、天平、鉤碼,2.物體的質(zhì)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(shí)驗器材：,實(shí)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(dāng)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(dāng)鉤碼質(zhì)量比小車質(zhì)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(shí)驗裝置圖,方案一：,宜昌市何老師理科教室,實(shí)驗探究,1.探究加速度與合力的關(guān)系,實(shí)驗基本思路：保持小車的質(zhì)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(guān)系。,做實(shí)驗 、得數(shù)據(jù)、填表格一、作圖象、進(jìn)行分

5、析、形成結(jié)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(zhì)量的關(guān)系,實(shí)驗基本思路：保持小車所受合力相同，測量不同質(zhì)量的小車在該力下的加速度，分析加速度與質(zhì)量的關(guān)系。,做實(shí)驗 、得數(shù)據(jù)、填表格二、作圖象、交流分析、形成結(jié)論,怎樣改變小車的質(zhì)量？,宜昌市何老師理科教室,實(shí)驗須知：,1.平衡摩擦力 2.小車開始時要靠近打點(diǎn)計時器 3. 探究a與F關(guān)系時，可在小車上放兩個的鉤碼,F=mg g=9.8m/s2 4.小車質(zhì)量m= g，各種鉤碼質(zhì)量看標(biāo)注 5

6、.打點(diǎn)計時器打點(diǎn)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(shí)驗器材，研究小車的運(yùn)動。,注意：只有當(dāng)盤和砝碼的質(zhì)量要比小車的質(zhì)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(guān)系,實(shí)驗方案原理：如圖所示,F1, F2，在相同的時間內(nèi):,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(guān)系,宜

7、昌市何老師理科教室,保持物體的質(zhì)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(guān)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(zhì)量的物體在該力作用下的加速度，分析加速度與質(zhì)量的關(guān)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(zhì)量M1,小車2質(zhì)

8、量M2,300,M2 / M1,M1 / M2,a,小結(jié),探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系,1.研究方法：,2.數(shù)據(jù)處理方法：,3.結(jié)論：,控制變量法,圖象法,aF a1/m,1整個實(shí)驗平衡了摩擦力后，不管以后是改變小盤和砝碼的質(zhì)量還是改變小車和砝碼的質(zhì)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(diǎn)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(yīng)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(diǎn)的間隔是均勻的，則表明平衡了摩擦力，否則必須重新調(diào)整小木板的位置,實(shí)驗注意事項,2平衡摩擦力后，每次

9、實(shí)驗時必須滿足在小 車上所加砝碼的質(zhì)量遠(yuǎn)大于砝碼和小盤的總質(zhì) 量的條件下進(jìn)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(zhì)量后，每次開始時小車應(yīng)盡量靠近打點(diǎn)計時器(或盡量遠(yuǎn)離定滑輪的一端)，并應(yīng)先接通電源，再放開小車，且在小車到達(dá)定滑輪前應(yīng)按住小車 4各紙帶的加速度a，都應(yīng)是該紙帶的平均加速度 5作圖象時，要使盡可能多的點(diǎn)在所作直線上，不在直線上的點(diǎn)應(yīng)盡可能對稱分布在所作直線的兩側(cè),1小車質(zhì)量m應(yīng)比重物的質(zhì)量m大得多，其原理將在后面的牛頓運(yùn)動定律的應(yīng)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(zhì)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(yīng)小車仍向前運(yùn)動，這些都是造成位移誤差的原因,3小車運(yùn)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(shí)驗小組的幾名同學(xué)在探究加速度與物體的質(zhì)量以及外力關(guān)系的實(shí)驗中，當(dāng)物體的質(zhì)量一定時，分別根據(jù)實(shí)驗數(shù)據(jù)畫出了不同的實(shí)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(dāng)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(yīng)的情況，因此選項A正確丙、丁兩圖中，當(dāng)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(shí)驗：在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗中，實(shí)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(zhì)量M不變時，a與F成正比小車質(zhì)量M和沙及桶的質(zhì)量m分別選取下列幾組數(shù)值：應(yīng)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(xué)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(biāo)原點(diǎn)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(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)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(shí)驗時，需要物體的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)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(yīng)是過原點(diǎn)的一條傾斜向上的直線為減小實(shí)驗誤差應(yīng)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(zhǔn)確,規(guī)律總結(jié)：(1)實(shí)驗原理中設(shè)定為光滑水平面情形，所以實(shí)驗中應(yīng)平衡摩擦力，若未平衡摩擦力或平衡不當(dāng)就會帶來系統(tǒng)誤差 (2)實(shí)驗中若把沙和沙筒所受的重力mg當(dāng)做小車和砝碼(總質(zhì)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(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗中，用改變沙子的質(zhì)量的辦法來改變對小車的作用力F，用打點(diǎn)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(diǎn)，也不是直線，原因是(),A沒有平衡摩擦力，且小車質(zhì)量較大 B平衡摩擦力時，所墊木板太高，且沙子和小桶的質(zhì)量較大 C平衡摩擦力時，所墊木板太低，且沙子和小桶的質(zhì)量較大 D平衡摩擦力時，所墊木板太高，且小車質(zhì)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小；由圖象發(fā)生彎曲可以推斷出沙子和小桶的質(zhì)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(shí)驗要求安裝好器材后，應(yīng)按一定步