實驗探究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系

1、關(guān)于實驗探究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系第1頁，共70頁，2022年，5月20日，22點16分，星期三實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系第2頁，共70頁，2022年，5月20日，22點16分，星期三牛一定律：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(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:第3頁，共70頁，2022年，5月20日，22點16分，星期三由牛一定律可知：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(shè)想：如果物體所受合外力不為

2、零，則物體運動會怎樣？溫故知新:物體不受力時的運動情況第4頁，共70頁，2022年，5月20日，22點16分，星期三點球第5頁，共70頁，2022年，5月20日，22點16分，星期三守門員撲球第6頁，共70頁，2022年，5月20日，22點16分，星期三法拉利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(guān)？你是怎么知道的？第7頁，共70頁，2022年，5月20日，22點16分，星期三第二節(jié)探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實驗： 心動 不如行動第8頁，共70頁，2022年，5月20日，22點16分，星期三學習目標 ：1、學會通過實驗探究物體加速度與 力、質(zhì)量的關(guān)系 2

3、、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(jié)果進行歸納分析 第9頁，共70頁，2022年，5月20日，22點16分，星期三1、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。 第10頁，共70頁，2022年，5月20日，22點16分，星期三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第11頁，共70頁，2022年，5月20日，22點16分，星期三明確幾個問題:1.實驗要說明什么問題?3.如何由實驗得

4、出結(jié)論?2.怎么設(shè)計這個實驗? a與F關(guān)系? a與m關(guān)系?1.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第12頁，共70頁，2022年，5月20日，22點16分，星期三研究方法：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。第13頁，共70頁，2022年，5月20日，22點16分，星期三制定實驗方案、設(shè)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(zhì)量用測量天

5、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：第14頁，共70頁，2022年，5月20日，22點16分，星期三實驗裝置圖第15頁，共70頁，2022年，5月20日，22點16分，星期三例：平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？第16頁，共70頁，2022年，5月20日，22點16分，星期三4.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(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第17

6、頁，共70頁，2022年，5月20日，22點16分，星期三測加速度法方案一：第18頁，共70頁，2022年，5月20日，22點16分，星期三實驗裝置圖方案一：第19頁，共70頁，2022年，5月20日，22點16分，星期三（一）.探究a與F的關(guān)系（控制m不變）a（m/s2）F（N）增減鉤碼個數(shù)可以改變拉力F打點計時器紙帶m光滑水平面紙帶m光滑水平面打點計時器aF第20頁，共70頁，2022年，5月20日，22點16分，星期三實驗探究1.探究加速度與合力的關(guān)系實驗基本思路：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。做實驗 、得數(shù)據(jù)、填表格一、作圖象、進行分析、形成

7、結(jié)論怎樣改變合力？第21頁，共70頁，2022年，5月20日，22點16分，星期三F/ Na/ms -20.150.300.450.600.750 0. 1 0.2 0.3 0.4 0.5當小車質(zhì)量不變時次數(shù)F/Na/m s -212450.10 0.1460.20 0.3020.30 0.4280.40 0.5920.50 0.751如何更處理數(shù)據(jù)？直觀地第22頁，共70頁，2022年，5月20日，22點16分，星期三2.探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系實驗基本思路：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。做實驗 、得數(shù)據(jù)、填表格二、作圖象、交流分析、形成結(jié)論

8、怎樣改變小車的質(zhì)量？第23頁，共70頁，2022年，5月20日，22點16分，星期三m/ kga/ms -20.20.40.60.81.00 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2a/ms -20.20.40.60.81.00 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 /kg -1m1當拉力不變時次數(shù)m/kga/m s -212345/kg -12.502.001.331.000.83m10.400 0.8610.500 0.6920.750 0.4701.000 0.3521.200 0.290第24頁，共70頁，2022年，5月20日，22點16分，星期三實驗須知： 1.平衡摩擦力2

9、.小車開始時要靠近打點計時器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/s24.小車質(zhì)量m= g，各種鉤碼質(zhì)量看標注5.打點計時器打點周期T=0.02s 心動 不如行動第25頁，共70頁，2022年，5月20日，22點16分，星期三打點計時器紙帶m光滑水平面需要平衡摩擦力增減砝碼個數(shù)可以改變小車質(zhì)量m增減鉤碼個數(shù)可以改變拉力F第26頁，共70頁，2022年，5月20日，22點16分，星期三紙帶打點計時器斜面法平衡摩擦力：GFNfy思考: 1.平衡摩擦時小車 后面需要紙帶和打點計時器嗎? 2.在小車上增加砝碼之后需要重新平衡摩擦嗎?需要不需要第27頁，共70頁，202

10、2年，5月20日，22點16分，星期三方案二：比較法第28頁，共70頁，2022年，5月20日，22點16分，星期三方案二：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(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 ？第29頁，共70頁，2022年，5月20日，22點16分，星期三1、控制m相同，探討加速度a與F的關(guān)系實驗方案原理：如圖所示x1x2F1F2F1, F2，在相同的時間內(nèi):x1= a1t2x2 = a2t2a1/ a2

11、=x1/x2測量出x1 、x2 2、控制F相同，探討加速度a與m的關(guān)系第30頁，共70頁，2022年，5月20日，22點16分，星期三第31頁，共70頁，2022年，5月20日，22點16分，星期三保持物體的質(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)系小車質(zhì)量M= g,小車上砝碼質(zhì)量m= g,小盤質(zhì)量M= g次數(shù)小車1小車212345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 5020304060盤中砝碼m1（g）(M+m1)（g） (表示F1大小)70第32頁，共70頁，2022年，5月20日，22點16分，星期三F

12、2 / F1x2 /x10次數(shù)1234x2x1F2F1Faa1a2第33頁，共70頁，2022年，5月20日，22點16分，星期三為什么x2 /x1可以表示小車2的a？為什么F2 / F1可以表示小車2的F?思考：第34頁，共70頁，2022年，5月20日，22點16分，星期三小車質(zhì)量M= g,小盤質(zhì)量M= g,盤中砝碼質(zhì)量m= g次數(shù)小車1小車212345(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/cm10050150200250車上砝碼 m2（g）位移x2/cm小車1質(zhì)量M1小車2質(zhì)

13、量M2300第35頁，共70頁，2022年，5月20日，22點16分，星期三x2 /x10次數(shù)1234M2 / M1x2x1M2M1M1 / M2M1M2am1a1a2第36頁，共70頁，2022年，5月20日，22點16分，星期三為什么x2 /x1可以表示小車2的a？為什么M2 / M1可以表示小車2的M?為什么M2 / M1又表示小車2的1/M?思考：第37頁，共70頁，2022年，5月20日，22點16分，星期三本實驗的目的：m一定時：F一定時：需要計算加速度aa與F成正比a與m成反比對于初速度為零的勻加速直線運動：在F一定的情況下， a與m成反比。在m一定的情況下， a與F成正比。（

14、）（ ） 只需驗證：m一定時：F一定時：第38頁，共70頁，2022年，5月20日，22點16分，星期三小車1小車2次數(shù)質(zhì)量（g）位移x1/cm質(zhì)量（g）位移x2/cm123m保持不變F保持不變小車1小車2次數(shù)拉力F（N）位移x1/cm拉力F（N）位移x2/cm123實驗?zāi)康模旱?9頁，共70頁，2022年，5月20日，22點16分，星期三 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第40頁，共70頁，2022年，5月20日，22點16分，星期三1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(zhì)量還是改變小車和砝碼的質(zhì)量，都不需要

15、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(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)整小木板的位置實驗注意事項第41頁，共70頁，2022年，5月20日，22點16分，星期三2平衡摩擦力后，每次實驗時必須滿足在小車上所加砝碼的質(zhì)量遠大于砝碼和小盤的總質(zhì)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第42頁，共70頁，2022年，5月20日，22點16分，星期三3改變拉

16、力和小車質(zhì)量后，每次開始時小車應(yīng)盡量靠近打點計時器(或盡量遠離定滑輪的一端)，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的兩側(cè)第43頁，共70頁，2022年，5月20日，22點16分，星期三1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)小車仍向前運動，這些都是

17、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)生誤差誤差分析第44頁，共70頁，2022年，5月20日，22點16分，星期三用如下圖所示的裝置研究在作用力F一定時，小車的加速度a與小車質(zhì)量M的關(guān)系，某位同學設(shè)計的實驗步驟如下：第45頁，共70頁，2022年，5月20日，22點16分，星期三A用天平稱出小車和小桶及內(nèi)部所裝砂子的質(zhì)量B按圖裝好實驗器材C把輕繩系在小車上并繞過定滑輪懸掛砂桶D將電磁打點計時器接在6 V電壓的蓄電池上，接通電源，放開小車，打點計時器在紙帶上打下一系列點，并在紙帶上標明小車質(zhì)量E保持小桶及其中

18、砂子的質(zhì)量不變，增加小車上的砝碼個數(shù)，并記錄每次增加后的M值，重復(fù)上述實驗F分析每條紙帶，測量并計算出加速度的值G作aM關(guān)系圖象，并由圖象確定aM關(guān)系第46頁，共70頁，2022年，5月20日，22點16分，星期三(1)該同學漏掉的重要實驗步驟是_，該步驟應(yīng)排在_步實驗之后(2)在上述步驟中，有錯誤的是_，應(yīng)把_改為_(3)在上述步驟中，處理不恰當?shù)氖莀，應(yīng)把_改為_【解析】實驗中把小桶及其中砂子的重力看做與小車所受拉力大小相等，沒有考慮摩擦力，故必須平衡摩擦力電磁打點計時器接在6 V電壓的蓄電池上將無法工作，必須接在6 V以下交流電壓的學生電源上作aM關(guān)系圖象，得到的是雙曲線，很難作出正確的

19、判斷，必須“化曲為直”，改作a關(guān)系圖象第47頁，共70頁，2022年，5月20日，22點16分，星期三【答案】(1)該同學漏掉的重要實驗步驟是平衡摩擦力，該步驟應(yīng)排在按圖裝好實驗器材即B步實驗之后(2)在上述步驟中，有錯誤的是步驟D，應(yīng)把6 V電壓的蓄電池改為6 V以下交流電壓的學生電源(3)在上述步驟中，處理不恰當?shù)氖遣襟EG，應(yīng)把aM改為a第48頁，共70頁，2022年，5月20日，22點16分，星期三在探究加速度和力的關(guān)系時，我們使用了兩個完全相同的小車，水平拉小車的繩的另外一端分別掛有不同數(shù)目的鉤碼，設(shè)鉤碼的數(shù)目與對小車的拉力成正比，且操作符合實驗要求試根據(jù)下表中記錄的信息(表中小車位移

20、單位為m)，得出加速度和力的關(guān)系.實驗次數(shù)第一次第二次第三次項目鉤碼數(shù)目位移x鉤碼數(shù)目位移x鉤碼數(shù)目位移x小車110.1110.1120.23小車220.2330.3430.35【解析】由于兩小車的運動可近似看成是初速度為零的勻加速運動，兩個小車運動的時間t相同，由位移公式xat2可知，加速度和位移成正比關(guān)系，也就是說，要知道加速度和力的關(guān)系第49頁，共70頁，2022年，5月20日，22點16分，星期三怎樣，只需得出位移和力的關(guān)系由第一組數(shù)據(jù)可以知道，拉力之比為12，在誤差允許的范圍內(nèi)，位移之比為，近似為12.同樣分析另外兩組數(shù)據(jù)，會得出同樣的結(jié)論，即拉力和位移成正比，也就是說加速度和力成正

21、比關(guān)系【答案】加速度和力成正比第50頁，共70頁，2022年，5月20日，22點16分，星期三某實驗小組的幾名同學在探究加速度與物體的質(zhì)量以及外力關(guān)系的實驗中，當物體的質(zhì)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，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，第51頁，共70頁，2022年，5月20日，22點16分，星期三這說明木板傾角過大木

22、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第52頁，共70頁，2022年，5月20日，22點16分，星期三例3：若測得某一物體受力F一定時，a與M的關(guān)系數(shù)據(jù)如下表所示a/(ms2)2.042.663.233.98M/kg2.001.501.251.00第53頁，共70頁，2022年，5月20日，22點16分，星期三例4實驗：在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗中，實驗裝置如下圖(1)所示第54頁，共70頁，2022

23、年，5月20日，22點16分，星期三(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、100g125gBM500g，m分別為20g、30g、40g、50gCM200g，m分別為50g、70g、100g125gDM200g，m分別為30g、40g、50g、60gB第55頁，共70頁，2022年，5月20日，22點16分，星期三(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_沒有

24、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，小車已有加速度第56頁，共70頁，2022年，5月20日，22點16分，星期三解析：實驗時，需要物體的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量，效果才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)是過原點的一條傾斜向上的直線為減小實驗誤差應(yīng)使Mm，為此選B組數(shù)值誤差較小，所畫的aF圖線就會比較準確第57頁，共70頁，2022年，5月20日，22點16分，星期三規(guī)律總結(jié)：(1)實驗原理中設(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

25、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(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)誤差也就越大第58頁，共70頁，2022年，5月20日，22點16分，星期三例5某同學用如左下圖所示的裝置探究物體的加速度與作用力的關(guān)系時，他把砝碼的總重力作為小車的拉力，并依次測出了小車的加速度，然后畫出了如右下圖所示的圖象，該圖象雖是一條直線，但不通過坐標原點請你分析一下原因，應(yīng)如何改進實驗才能使實驗得出的結(jié)果通過坐標原點？第59頁，共70頁，2022年，5月20日，22點16分，星期三答案：由題圖可知，當拉力從0增到F0的過程中，物體的加速度為零，說

26、明小車處于靜止狀態(tài)，因此必然存在一個力與拉力大小相等、方向相反，這個力一定是小車受到的摩擦力可以使木板的一端抬高，使小車在木板上做勻速運動，這樣就可以消除摩擦力對實驗圖象的影響第60頁，共70頁，2022年，5月20日，22點16分，星期三一、加速度與力的關(guān)系保持物體的_不變，測量物體在不同的力的作用下的_，分析_與_的關(guān)系課時訓(xùn)練二、加速度與質(zhì)量的關(guān)系1實驗的基本思路，保持物體所受的力相同，測量不同_的物體在該力作用下的_，分析_與_的關(guān)系2實驗數(shù)據(jù)的分析，設(shè)計第二個表格，把不同物體在_的作用下的加速度填在表中在相同力的作用下，質(zhì)量m越大，加速度a越小這可能是_，但也可能是_，甚至是更復(fù)雜的

27、關(guān)系如果以_為縱坐標、_為橫坐標建立坐標系，根據(jù)a1/m圖象是不是_，就能判斷加速度a是不是與質(zhì)量m成反比第61頁，共70頁，2022年，5月20日，22點16分，星期三三、制定實驗方案的兩個問題這個實驗需要測量的物理量有：物體的加速度、物體所受的力、物體的質(zhì)量_可以用天平測量，本實驗主要解決的主要問題是怎樣測量_和怎樣提供與測量_自主校對：一、質(zhì)量加速度加速度力二、1.質(zhì)量加速度加速度質(zhì)量2.相同力“a與m成反比”“a與m2成反比”a1/m過原點的直線三、質(zhì)量加速度物體所受的力第62頁，共70頁，2022年，5月20日，22點16分，星期三1在用實驗探究加速度和力、質(zhì)量的關(guān)系時，下列關(guān)于實驗的思路和數(shù)據(jù)分析，正確的是()A實驗的基本思想是：保持物體的質(zhì)量不變，測量物體在不同力作用下的加速度，分析加速度與力的關(guān)系B實驗的基本思想是：