高中物理必修一 第四章 第二節(jié) 實驗 探究加速度與力 質(zhì)量的關(guān)系 優(yōu)秀課件

1、第四章第四章 牛頓運動定律牛頓運動定律 動力學(xué)的奠基者動力學(xué)的奠基者 英國科學(xué)家牛頓英國科學(xué)家牛頓 (1643-1727) 吉林省乾安縣第四中學(xué)吉林省乾安縣第四中學(xué) 131400 131400 金迎時金迎時 E-mail:E-mail: 人教版必修一人教版必修一 新課標(biāo)地區(qū)新課標(biāo)地區(qū) 會員社區(qū)用戶名：會員社區(qū)用戶名： 牛頓第一定律：牛頓第一定律：一切物體總保 持勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)?態(tài),除非作用在它上面的力迫使 它改變這種狀態(tài)。 牛頓第一定律：牛頓第一定律：一切物體總保 持勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)?態(tài),除非作用在它上面的力迫使 它改變這種狀態(tài)。 力是產(chǎn)生加速度的原因力是產(chǎn)生加速度的原因 感

2、受實例 加速度加速度a a 與力與力F F有有 關(guān)關(guān) 感受實例 加速度加速度a a與與 質(zhì)量質(zhì)量m m有關(guān)有關(guān) F1賽車從賽車從0加速到時速加速到時速100公里只需公里只需2.3秒秒 質(zhì)量是慣性大小的量度質(zhì)量是慣性大小的量度 物體的加速度a與所受到的合外力F、物 體質(zhì)量m有怎樣的定量關(guān)系？ 研究方法：研究方法： 保持保持m不變，研究不變，研究a 與與F的關(guān)系的關(guān)系; 保持保持F不變，研究不變，研究a與與m的關(guān)系。的關(guān)系。 實驗驗證實驗驗證思考：如何設(shè)計實驗思考：如何設(shè)計實驗? 事實是不是這樣呢？事實是不是這樣呢？ m一定，一定， a F； F一定，一定， a1/m。 明確幾個問題明確幾個問題:

3、 2.如何由實驗得出結(jié)論? 1.怎么設(shè)計這個實驗? 1.測量哪些量? 2.怎么測量? 數(shù)據(jù)處理： m不變時，a與F關(guān)系； F不變時，a與m關(guān)系。 a、F、m m： a: F: 天平 求出物體所 受的合力 實驗設(shè)計實驗設(shè)計: 參考方案一參考方案一:用用打點計時器打點計時器探究探究 小車小車: 打點計時器打點計時器:測量小車運動過程中的加速度測量小車運動過程中的加速度 鉤碼鉤碼:重力提供拉力重力提供拉力 研究對象研究對象,可用天平稱其質(zhì)量可用天平稱其質(zhì)量 合力合力F=? G FN F f 平衡摩擦力： 鉤碼重力鉤碼重力近似近似等于繩子拉力，用以表示小車受到等于繩子拉力，用以表示小車受到 的合外力的

4、合外力F G G1 FN f G1平衡摩擦力平衡摩擦力f。 實驗步驟實驗步驟: 1.用天平測出小車的質(zhì)量。用天平測出小車的質(zhì)量。 2.安裝好實驗裝置，在小車上裝好紙帶，紙帶另一端穿安裝好實驗裝置，在小車上裝好紙帶，紙帶另一端穿 過計時器限位孔，調(diào)整木板傾斜程度，平衡摩擦力。過計時器限位孔，調(diào)整木板傾斜程度，平衡摩擦力。 3.控制小車質(zhì)量不變，用細(xì)線將鉤碼與小車相連（鉤碼控制小車質(zhì)量不變，用細(xì)線將鉤碼與小車相連（鉤碼 質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量），打開打點計時器，釋放小車，質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量），打開打點計時器，釋放小車， 測出一組數(shù)據(jù)。測出一組數(shù)據(jù)。 4.改變鉤碼質(zhì)量，多測幾組數(shù)據(jù)。改變鉤碼質(zhì)量，多測幾

5、組數(shù)據(jù)。 5.控制鉤碼質(zhì)量不變，改變小車質(zhì)量，再測幾組數(shù)據(jù)?？刂沏^碼質(zhì)量不變，改變小車質(zhì)量，再測幾組數(shù)據(jù)。 演示實驗：演示實驗：探究加速度探究加速度a與力與力F的關(guān)系的關(guān)系 Excel數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)采集與處理數(shù)據(jù)采集與處理 鏈接 演示實驗：演示實驗：探究加速度探究加速度a與質(zhì)量與質(zhì)量m的關(guān)系的關(guān)系 Excel數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)采集與處理數(shù)據(jù)采集與處理 實驗結(jié)論：實驗結(jié)論： m一定時，aF F一定時，a1/m 實驗設(shè)計二：實驗設(shè)計二： 設(shè)計對比實驗設(shè)計對比實驗 設(shè)計方案設(shè)計方案 保持小車 質(zhì)量不變 不變 保持力 光電門光電門 數(shù)字計時器數(shù)字計時器 拓展探究拓展探究 光電門光電門1 1光電門光電門2

6、2 擋光板擋光板 x X/t 參考方案三參考方案三:利用氣墊導(dǎo)軌來探究利用氣墊導(dǎo)軌來探究 22 22 021 ()() 22 xx vvtt a xx t t x t x t vv a 120 知識精析知識精析 一、控制變量法一、控制變量法 1加速度是表示物體運動狀態(tài)變化快慢的物理量根加速度是表示物體運動狀態(tài)變化快慢的物理量根 據(jù)事實經(jīng)驗，加速度與物體的質(zhì)量有關(guān)物體受力一定時，據(jù)事實經(jīng)驗，加速度與物體的質(zhì)量有關(guān)物體受力一定時， 質(zhì)量越小，加速度就越大加速度還與物體受力的大小有關(guān)，質(zhì)量越小，加速度就越大加速度還與物體受力的大小有關(guān)， 物體質(zhì)量一定時，受力越大，其加速度越大物體質(zhì)量一定時，受力越大

7、，其加速度越大 2控制變量法：加速度控制變量法：加速度a和質(zhì)量和質(zhì)量m、受力、受力F都有關(guān)系研都有關(guān)系研 究它們之間的關(guān)系時，先保持質(zhì)量不變，測量物體在不同的究它們之間的關(guān)系時，先保持質(zhì)量不變，測量物體在不同的 力的作用下的加速度，分析加速度與力的關(guān)系，再保持物體力的作用下的加速度，分析加速度與力的關(guān)系，再保持物體 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，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)系這種先控制一個參量不變，研究分析加速度與質(zhì)量的關(guān)系這種先控制一個參量不變，研究 其余參量之間變化關(guān)系的方法叫控制變量法其余參量之間變化關(guān)系的方法叫控制

8、變量法 三、平衡摩擦力的目的和方法三、平衡摩擦力的目的和方法 1目的：目的：實驗中小車要受到摩擦阻力的作用，增加了實驗中小車要受到摩擦阻力的作用，增加了 實驗的難度墊高水平木板不帶滑輪的一端，使小車自身重實驗的難度墊高水平木板不帶滑輪的一端，使小車自身重 力沿斜面的分力平衡摩擦力，這樣小車所受拉力即為合力，力沿斜面的分力平衡摩擦力，這樣小車所受拉力即為合力， 提高了實驗成功率提高了實驗成功率 2方法：方法：不掛托盤，使小車拖著紙帶，紙帶通過打點不掛托盤，使小車拖著紙帶，紙帶通過打點 計時器，并且使打點計時器處于工作狀態(tài)，逐漸調(diào)節(jié)木板的計時器，并且使打點計時器處于工作狀態(tài)，逐漸調(diào)節(jié)木板的 傾角，

9、使打下的紙帶點間距相等，則說明小車做勻速直線運傾角，使打下的紙帶點間距相等，則說明小車做勻速直線運 動，即平衡了摩擦力動，即平衡了摩擦力 四、實驗注意事項四、實驗注意事項 1平衡摩擦力時不要掛重物，整個實驗平衡了摩擦力平衡摩擦力時不要掛重物，整個實驗平衡了摩擦力 后，不管以后是改變盤和砝碼的質(zhì)量還是改變小車及砝碼的后，不管以后是改變盤和砝碼的質(zhì)量還是改變小車及砝碼的 質(zhì)量，都不需要重新平衡摩擦力質(zhì)量，都不需要重新平衡摩擦力 2實驗中必須滿足小車和砝碼的質(zhì)量遠(yuǎn)大于小盤和砝實驗中必須滿足小車和砝碼的質(zhì)量遠(yuǎn)大于小盤和砝 碼的總質(zhì)量只有如此，砝碼和小盤的總重力才可視為與小碼的總質(zhì)量只有如此，砝碼和小盤

10、的總重力才可視為與小 車受到的拉力相等車受到的拉力相等 3各紙帶上的加速度各紙帶上的加速度a，都應(yīng)是該紙帶上的平均加速，都應(yīng)是該紙帶上的平均加速 度度 4作圖象時，要使盡可能多的點在所作直線上，不在作圖象時，要使盡可能多的點在所作直線上，不在 直線上的點應(yīng)盡可能對稱分布在所作直線兩側(cè)離直線較遠(yuǎn)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(yuǎn) 的點是錯誤數(shù)據(jù)，可舍去不予考慮的點是錯誤數(shù)據(jù)，可舍去不予考慮 5小車應(yīng)靠近打點計時器且先接通電源再放手小車應(yīng)靠近打點計時器且先接通電源再放手 五、誤差分析五、誤差分析 1質(zhì)量的測量誤差、紙帶上打點計時器打點間隔距離質(zhì)量的測量誤差、紙帶上打點計時器打點間隔

11、距離 的測量誤差，拉線或紙帶不與木板平行等都會造成誤差的測量誤差，拉線或紙帶不與木板平行等都會造成誤差 2因?qū)嶒炘聿煌晟圃斐烧`差：本實驗中用小盤及砝因?qū)嶒炘聿煌晟圃斐烧`差：本實驗中用小盤及砝 碼的總重力代替小車受到的拉力碼的總重力代替小車受到的拉力(實際上小車受到的拉力要小實際上小車受到的拉力要小 于小盤及砝碼的總重力于小盤及砝碼的總重力)，存在系統(tǒng)誤差小盤及砝碼的總質(zhì)，存在系統(tǒng)誤差小盤及砝碼的總質(zhì) 量越接近小車的質(zhì)量，誤差就越大；反之，小盤及砝碼的總量越接近小車的質(zhì)量，誤差就越大；反之，小盤及砝碼的總 質(zhì)量越小于小車的質(zhì)量，誤差就越小質(zhì)量越小于小車的質(zhì)量，誤差就越小 3平衡摩擦力不準(zhǔn)造成

12、誤差：在平衡摩擦力時，除了平衡摩擦力不準(zhǔn)造成誤差：在平衡摩擦力時，除了 不掛小盤外，其他的都跟正式實驗一樣不掛小盤外，其他的都跟正式實驗一樣(比如要掛好紙帶、接比如要掛好紙帶、接 通打點計時器通打點計時器)，勻速運動的標(biāo)志是打點計時器打出的紙帶上，勻速運動的標(biāo)志是打點計時器打出的紙帶上 點的距離相等點的距離相等 鏈接 方法指導(dǎo)方法指導(dǎo) 一、探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系一、探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系 例例1 1某同學(xué)在實驗中保持拉力不變，得到了小車加速某同學(xué)在實驗中保持拉力不變，得到了小車加速 度隨質(zhì)量變化的一組數(shù)據(jù)，如下表所示度隨質(zhì)量變化的一組數(shù)據(jù)，如下表所示 實驗實驗 次數(shù)次數(shù) 加速度加速度 a/(m

13、s 2) 小車與砝碼小車與砝碼 總質(zhì)量總質(zhì)量 m/kg 小車與砝碼小車與砝碼 總質(zhì)量的倒數(shù)總質(zhì)量的倒數(shù) m 1/kg1 10.290.205.0 20.250.254.0 30.220.303.3 40.180.352.9 50.160.402.5 請你在圖請你在圖212甲方格紙中建立合適坐標(biāo)系并畫甲方格紙中建立合適坐標(biāo)系并畫 出能直觀反映出加速度與質(zhì)量關(guān)系的圖線出能直觀反映出加速度與質(zhì)量關(guān)系的圖線 解析解析先確定坐標(biāo)的含意，再按表格數(shù)據(jù)描點，先確定坐標(biāo)的含意，再按表格數(shù)據(jù)描點， 最后把各點連成直線最后把各點連成直線 二、探究加速度與力的關(guān)系二、探究加速度與力的關(guān)系 在在“探究加速度與力、質(zhì)量

14、的關(guān)系探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗中，若測得某一物的實驗中，若測得某一物 體體M一定時，一定時，a與與F的關(guān)系的有關(guān)數(shù)據(jù)資料如下表的關(guān)系的有關(guān)數(shù)據(jù)資料如下表. (1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)，畫出根據(jù)表中數(shù)據(jù)，畫出aF圖象圖象 (2)從圖象可以判定：當(dāng)從圖象可以判定：當(dāng)M一定時，一定時，a與與F的關(guān)系為的關(guān)系為_ 若若a與與F成正比，圖象應(yīng)是一條過原點的直線同時因?qū)嶒炛胁怀烧龋瑘D象應(yīng)是一條過原點的直線同時因?qū)嶒炛胁?可避免地出現(xiàn)誤差，描出的點不在一條直線上是很正常的，連線時可避免地出現(xiàn)誤差，描出的點不在一條直線上是很正常的，連線時 應(yīng)使直線過盡量多的點，不在直線上的點應(yīng)大致對稱分布在直線兩應(yīng)使直線

15、過盡量多的點，不在直線上的點應(yīng)大致對稱分布在直線兩 側(cè)，離直線較遠(yuǎn)的點應(yīng)視為錯誤數(shù)據(jù)，不予考慮側(cè)，離直線較遠(yuǎn)的點應(yīng)視為錯誤數(shù)據(jù)，不予考慮 a/(ms 2) 1.984.065.958.12 F/N1.002.003.004.00 (2)由圖象可知由圖象可知a與與F成正比關(guān)系成正比關(guān)系 答案答案(1)如圖所示如圖所示(2)正比關(guān)系正比關(guān)系因為因為a與與F成成 正比，所以盡量把圖線畫成通過原點，直線的斜率表正比，所以盡量把圖線畫成通過原點，直線的斜率表 示物體質(zhì)量的倒數(shù)示物體質(zhì)量的倒數(shù) 變式訓(xùn)練變式訓(xùn)練1 某同學(xué)在做某同學(xué)在做“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” 的實驗時，畫出

16、了如圖的實驗時，畫出了如圖213甲所示的三條圖甲所示的三條圖 線，這三條圖線表示實驗中的線，這三條圖線表示實驗中的_不同不同 條平行于條平行于a軸的直線，與三條圖線有三個軸的直線，與三條圖線有三個 交點，可以看出交點，可以看出解析解析如圖如圖213乙所示，乙所示， 過過F軸上的某一點作一三個交點對應(yīng)的縱坐軸上的某一點作一三個交點對應(yīng)的縱坐 標(biāo)標(biāo)a的值不同，的值不同，a的值越小，運動狀態(tài)越難的值越小，運動狀態(tài)越難 改變，慣性越大，質(zhì)量也就越大，可見三改變，慣性越大，質(zhì)量也就越大，可見三 條圖線對應(yīng)實驗中物體的質(zhì)量不同，且斜條圖線對應(yīng)實驗中物體的質(zhì)量不同，且斜 率越小的，質(zhì)量越大率越小的，質(zhì)量越大

17、 答案答案小車的質(zhì)量小車的質(zhì)量 三、實驗誤差分析三、實驗誤差分析 例例3 3用圖用圖214甲所示的裝置研究質(zhì)量一定時加速度與作用力的關(guān)系研究甲所示的裝置研究質(zhì)量一定時加速度與作用力的關(guān)系研究 的對象是放在長木板上的小車，小車的質(zhì)量為的對象是放在長木板上的小車，小車的質(zhì)量為M，長木板是水平放置的小車前，長木板是水平放置的小車前 端拴著細(xì)輕繩，跨過定滑輪，下面吊著沙桶實驗中認(rèn)為細(xì)繩對小車的作用力端拴著細(xì)輕繩，跨過定滑輪，下面吊著沙桶實驗中認(rèn)為細(xì)繩對小車的作用力F 等于沙和桶的總重力等于沙和桶的總重力mg.用改變沙的質(zhì)量的辦法來改變小車的作用力用改變沙的質(zhì)量的辦法來改變小車的作用力F，用打點計，用打

18、點計 時器測出小車的加速度時器測出小車的加速度a，得出若干組，得出若干組F和和a的數(shù)據(jù)然后根據(jù)測得的數(shù)據(jù)作出的數(shù)據(jù)然后根據(jù)測得的數(shù)據(jù)作出a F 圖線圖線 一學(xué)生作出圖一學(xué)生作出圖21-4乙所示的圖線，發(fā)現(xiàn)橫軸上的截乙所示的圖線，發(fā)現(xiàn)橫軸上的截 距距OA較大，明顯地超出了偶然誤差的范圍，這是由較大，明顯地超出了偶然誤差的范圍，這是由 于在實驗中沒有進(jìn)行下面的步驟，即于在實驗中沒有進(jìn)行下面的步驟，即 . 解析解析細(xì)繩對小車的拉力細(xì)繩對小車的拉力F達(dá)到一定的數(shù)值前，達(dá)到一定的數(shù)值前， 小車仍靜止，表示木板的摩擦力不能忽略，同時也小車仍靜止，表示木板的摩擦力不能忽略，同時也 表明該同學(xué)做實驗時，沒有給

19、實驗裝置平衡摩擦表明該同學(xué)做實驗時，沒有給實驗裝置平衡摩擦 力力 答案答案給實驗裝置平衡摩擦力給實驗裝置平衡摩擦力 變式訓(xùn)練變式訓(xùn)練2 如果此學(xué)生根據(jù)測得的數(shù)據(jù)作出的如果此學(xué)生根據(jù)測得的數(shù)據(jù)作出的aF圖線如圖線如 圖圖215所示，則：所示，則： (1)實驗中出現(xiàn)誤差的原因是什實驗中出現(xiàn)誤差的原因是什 么？么？ 答：答： _ (2)應(yīng)該怎樣處理這種情況？應(yīng)該怎樣處理這種情況？ 答答_ 解析解析當(dāng)力當(dāng)力F為零時，加速度不為零，就說明當(dāng)力為零時，小為零時，加速度不為零，就說明當(dāng)力為零時，小 車仍在長木板上向下加速，其原因就是平衡摩擦力時長木板傾角過車仍在長木板上向下加速，其原因就是平衡摩擦力時長木板

20、傾角過 大，使得小車的重力沿斜面向下的分力大于小車所受滑動摩擦力，大，使得小車的重力沿斜面向下的分力大于小車所受滑動摩擦力， 所以應(yīng)重新調(diào)整木板，平衡摩擦力所以應(yīng)重新調(diào)整木板，平衡摩擦力答案答案(1)平衡摩擦力時，平衡摩擦力時， 長木板的傾角過大長木板的傾角過大(2)減小長木板的傾角，重新平衡摩擦力減小長木板的傾角，重新平衡摩擦力 四、實驗注意事項四、實驗注意事項 例例4 4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，當(dāng)作用力一定時的實驗中，當(dāng)作用力一定時(懸掛懸掛 的重物或沙桶重力不變的重物或沙桶重力不變)，探索加速度與質(zhì)量的關(guān)系時，下列說法正確的是，探索加速度與質(zhì)

21、量的關(guān)系時，下列說法正確的是() A平衡摩擦力時，應(yīng)將裝沙的小桶用細(xì)繩通過定滑輪系在小車上平衡摩擦力時，應(yīng)將裝沙的小桶用細(xì)繩通過定滑輪系在小車上 B每次改變小車質(zhì)量時，不需要重新平衡摩擦力每次改變小車質(zhì)量時，不需要重新平衡摩擦力 C實驗時，先放開小車，再接通打點計時器的電源實驗時，先放開小車，再接通打點計時器的電源 D小車運動的加速度可用天平測出小車的質(zhì)量小車運動的加速度可用天平測出小車的質(zhì)量M和沙及沙桶的質(zhì)量和沙及沙桶的質(zhì)量m，直，直 接用公式接用公式 求出求出 解析解析在平衡摩擦力時，不應(yīng)將裝沙的小桶通過定滑輪連在小車上，而是在在平衡摩擦力時，不應(yīng)將裝沙的小桶通過定滑輪連在小車上，而是在

22、木板后端墊上適應(yīng)厚度的薄片，再觀察小車能在木板上帶著紙帶勻速下滑即可，木板后端墊上適應(yīng)厚度的薄片，再觀察小車能在木板上帶著紙帶勻速下滑即可， 故選項故選項A錯誤，錯誤，B正確；操作時應(yīng)先接通打點計時器的電源再放開小車，故選項正確；操作時應(yīng)先接通打點計時器的電源再放開小車，故選項C 錯誤；牛頓第二定律是本實驗要達(dá)到的目標(biāo)，不能把它作為理論根據(jù)來計算加速錯誤；牛頓第二定律是本實驗要達(dá)到的目標(biāo)，不能把它作為理論根據(jù)來計算加速 度，其加速度只能從紙帶提供的數(shù)據(jù)計算得出，故選項度，其加速度只能從紙帶提供的數(shù)據(jù)計算得出，故選項D錯誤錯誤答案答案B 課堂小結(jié)課堂小結(jié) 本節(jié)課以實驗為依據(jù)，采用控制變本節(jié)課以實

23、驗為依據(jù)，采用控制變 量法進(jìn)行研究，根據(jù)已掌握的物理知量法進(jìn)行研究，根據(jù)已掌握的物理知 識設(shè)計實驗方案，探索物理規(guī)律是物識設(shè)計實驗方案，探索物理規(guī)律是物 理學(xué)研究的重要方法。理學(xué)研究的重要方法。 1關(guān)于關(guān)于“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，下的實驗，下 列說法中符合實際的是列說法中符合實際的是 () A通過同時改變小車的質(zhì)量通過同時改變小車的質(zhì)量m及受到的拉力及受到的拉力F的研究，的研究， 能歸納出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系能歸納出加速度、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，通過保持小車質(zhì)量不變，只改變小車的拉力的研究， 就

24、可以歸納出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系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，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；再不先不改變小車質(zhì)量，研究加速度與力的關(guān)系；再不 改變受力，研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系，最后歸納出加改變受力，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)系速度、力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系 課堂練習(xí)課堂練習(xí) 2 2、在做、在做“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”的實驗時，的實驗時， 某學(xué)生某學(xué)生 將實驗裝置如圖所示安裝，準(zhǔn)備接通電源后開始做實驗，但他將