實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系（教學(xué)課件） 高一物理同步備課系列（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)系第四章

運動和力的關(guān)系人教版（2019）目錄01020304物理量的測量進行實驗與數(shù)據(jù)分析實驗結(jié)論與誤差分析實驗思路思考與討論(1)由牛頓第一定律的學(xué)習(xí)，什么是改變物體運動狀態(tài)的原因？(2)由牛頓第一定律的學(xué)習(xí)，質(zhì)量的大小對物體狀態(tài)的改變是否有影響？(3)我們知道描述物體狀態(tài)改變的物理量是速度，那么速度變化的快慢我們通常用哪個物理量來描述？(4)加速度與力、質(zhì)量之間存在怎樣的定量關(guān)系呢？第一部分

實驗思路思考與討論（1）當(dāng)我們要探究某個物理量與另外兩個或多個物理量之間的定量關(guān)系時，我們在探究過程中通常需要如何來做比較合理？（2）我們在探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系時，我們應(yīng)當(dāng)如何應(yīng)用控制變量法來進行實驗？（3）根據(jù)以上討論，你認(rèn)為實驗過程中我們需要測量哪些物理量呢？思考與討論（4）為最終實現(xiàn)對加速度與力、質(zhì)量關(guān)系的探究，你是否可以用以下實驗器材設(shè)計一個或幾個方案完成這一任務(wù)呢？實驗裝置

將小車置于水平木板上，通過滑輪與槽碼相連。小車可以在槽碼的牽引運動。第二部分

物理量的測量一、物理量的測量1.質(zhì)量的測量：用天平測量2.加速度的測量：方法一：如果物體做初速度為零的勻加速直線運動，則可利用刻度尺測量位移和秒表測量時間，然后由公式a=(2x)/t2可算出。方法二：利用打點計時器進行實驗，根據(jù)紙帶上打出的點可測量加速度。方法三：利用比值法。由于a=(2x)/t2測出兩個初速度為零的勻加速運動在相同時間內(nèi)發(fā)生的位移x1，x2，位移之比就是加速度之比思考與討論(1)在此實驗中，通過測力計用手直接給小車施加一個恒力是否可行？F(2)若不能用測力計直接給小車施加一個恒力，你認(rèn)為哪種方法更合適？(3)此種方法中，對于小車來說，受到幾個力的作用？如何消除沿板方向摩擦力的影響呢？一、物理量的測量3.力的測量(1)平衡摩擦力：把軌道的一端墊高，使重力的分力Gsinθ與摩擦力Ff平衡。GcosθGsinθGθθFNFf(2)具體操作：先不加細線，軌道無定滑輪一端墊高，使小車連同紙帶下滑，若紙帶上打出點間隔相等，則為勻速下滑，從而消除摩擦力的影響。一、物理量的測量3.力的測量(3)注意事項：①多次測量，摩擦力只需要平衡一次；②在槽碼的質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量時，繩的拉力大小等于槽碼重力大小。（學(xué)習(xí)了第三節(jié)后解釋）二、實驗方案1.方案一：用阻力補償法探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系

實驗裝置如圖4.2-2所示。把木板的一側(cè)墊高，調(diào)節(jié)木板的傾斜度，使小車在不受牽引時能拖動紙帶沿木板勻速運動。通過改變槽碼的個數(shù)而改變小車所受的拉力，通過處理打點計時器打下點的紙帶來測量加速度。保持小車受的拉力不變，通過增減小車中的重物改變小車的質(zhì)量。處理紙帶上打出的點來測量加速度。二、實驗方案2.方案二：通過位移之比測量加速度之比

將兩輛相同的小車放在水平木板上，前端各系一條細線，線的另一端跨過定滑輪各掛一個小盤，盤中可以放不同的重物。平衡摩擦后，用黑板擦把兩條細線同時按壓在木板上。抬起黑板擦，兩小車同時開始運動，按下黑板擦，兩小車同時停下來。用刻度尺測出兩小車移動的位移x1、x2。由于兩小車運動時間t相同，從它們的位移之比就可以得出加速度之比。在盤中重物相同的情況下，通過增減小車中的重物改變小車的質(zhì)量。第三部分

進行實驗與數(shù)據(jù)分析一、用阻力補償法探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系1.實驗步驟：(1)用天平測出小車的質(zhì)量為M0，并把數(shù)值記錄下來。(2)平衡摩擦力后，按圖將實驗器材安裝好。一、用阻力補償法探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系1.實驗步驟：(3)將槽碼通過細繩系在小車上，接通電源放開小車，用紙帶記錄小車的運動情況；取下紙帶并在紙帶上標(biāo)上號碼及此時所掛槽碼的重力m0g。(4)保持小車的質(zhì)量不變，改變所掛槽碼的重力，重復(fù)步驟(3)，多做幾次實驗，每次小車從同一位置釋放，并記錄好槽碼的重力m1g、m2g、…以及計算出相應(yīng)紙帶的加速度填入表格1。一、用阻力補償法探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系表格1(物體的質(zhì)量一定，加速度與受力的關(guān)系)實驗次數(shù)加速度a/(m·s-2)小車受力F/N1

2

3

4

…

一、用阻力補償法探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系1.實驗步驟：(5)保持槽碼的質(zhì)量不變，在小車上加放砝碼，并測出小車與所放砝碼的總質(zhì)量M，接通電源，放開小車，用紙帶記錄小車的運動情況，取下紙帶并在紙帶上標(biāo)上號碼。(6)繼續(xù)在小車上加放砝碼，重復(fù)步驟(5)，多做幾次實驗，在每次得到的紙帶上標(biāo)上號碼。(7)計算出每次實驗所得紙帶的加速度值及小車與砝碼的總質(zhì)量填入表格2。一、用阻力補償法探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系表格2(物體受到的外力一定，加速度與質(zhì)量的關(guān)系)實驗次數(shù)加速度a/(m·s-2)小車與砝碼總質(zhì)量M/kg小車與砝碼總質(zhì)量的倒數(shù)/kg-11234…一、用阻力補償法探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系2.數(shù)據(jù)分析：(1)a－F圖像一、用阻力補償法探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系2.數(shù)據(jù)分析：(2)a－M圖像一、用阻力補償法探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系2.數(shù)據(jù)分析：(3)a－1/M圖像一、用阻力補償法探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系二、通過位移之比法探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系1.實驗步驟：(1)用天平測出小車和托盤的質(zhì)量，并把數(shù)值記錄下來。(2)平衡摩擦力后，按圖將實驗器材安裝好。二、通過位移之比法探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系1.實驗步驟：(3)保持兩小車的質(zhì)量相同且不變，改變兩個所掛托盤中砝碼的數(shù)量，多做幾次實驗，記錄好兩個托盤和砝碼的重力作為兩小車的拉力F，以及用刻度尺測量出每次兩個小車發(fā)生的位移x，填入表格3。二、通過位移之比法探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系表格3(物體的質(zhì)量一定，加速度與受力的關(guān)系)次數(shù)小車?yán)/NF1/F2位移x/mx1/x21甲乙2甲乙3甲乙4甲乙二、通過位移之比法探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系1.實驗步驟：(4)保持兩小車所掛兩個托盤和其中砝碼的質(zhì)量相同且保持不變，改變兩小車中砝碼質(zhì)量，多做幾次實驗，記錄小車和所加砝碼的質(zhì)量M，以及用刻度尺測量出每次兩個小車發(fā)生的位移x，填入表格4。二、通過位移之比法探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系表格4(物體受到的外力一定，加速度與質(zhì)量的關(guān)系)次數(shù)小車質(zhì)量M/kgM1/M2位移x/mx1/x21甲乙2甲乙3甲乙4甲乙二、通過位移之比法探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系2.數(shù)據(jù)分析：(1)x1/x2-F1/F2圖像二、通過位移之比法探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系2.數(shù)據(jù)分析：(2)x1/x2-M2/M1圖像二、通過位移之比法探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系第四部分

實驗結(jié)論與誤差分析一、實驗結(jié)論1.保持物體質(zhì)量不變時，物體的加速度a與所受合外力F成正比。2.在力F不變時，物體的加速度a與質(zhì)量M成反比。（注意：這里的力指的是物體所受的合外力）二、誤差分析1.在實驗中，我們認(rèn)為槽碼的重力就等于小車所受的合力。但這是有誤差的，只有在小車質(zhì)量比較大，槽碼質(zhì)量比較小且長木板合理傾斜的情況下，實驗結(jié)果才比較理想。2.質(zhì)量測量、長度測量中也存在偶然誤差，可通過多次測量取平均值的方法來減小誤差。3.阻力補償不準(zhǔn)而造成誤差。4.描點作圖時存在誤差。課堂小結(jié)探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系方法實驗思路關(guān)系實驗方案數(shù)據(jù)分析a與F成正比、a與M成反比控制變量法分別探究a與F的關(guān)系、a與M的關(guān)系方案1方案2用阻力補償法探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系通過位移之比法探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系課堂練習(xí)1．“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系的實驗裝置如圖所示，用該裝置研究小車的加速度a與質(zhì)量M的關(guān)系時，下列說法中正確的是（）A．實驗時，應(yīng)先釋放小車，再接通打點計時器電源B．實驗中，應(yīng)注意調(diào)整滑輪高度使繩子與長木板表面平行C．打點計時器應(yīng)接在學(xué)生電源的直流輸出端D．在探究加速度a與質(zhì)量M的關(guān)系時，為了直觀判斷兩者間的關(guān)系，作出圖像B課堂練習(xí)2．圖甲是用來探究加速度和合力之間關(guān)系的實驗裝置示意圖，圖乙是其俯視圖。兩個相同的小車，并排放在水平光滑板上，前端各系一條細繩，細繩的另一端跨過定滑輪各掛一個小盤，盤里放有砝碼打開夾子，小盤和砝碼牽引小車運動，合上夾子，兩小車同時停止運動。下列說法正確的是（）A．實驗中應(yīng)使小車質(zhì)量不同、砝碼質(zhì)量相同B．實驗中必須用到的測量儀器是秒表、刻度尺、天平C．若將水平光滑板換為水平粗糙板、不會影響實驗探究的結(jié)果D．若小盤和砝碼的總質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量，則小盤和砝碼的重力近似等于繩的拉力D課堂練習(xí)3．某同學(xué)用如圖所示的實驗裝置驗證牛頓第二定律。下列說法中正確的是（）A．圖中細線應(yīng)保持與木板表面平行B．每次改變小車質(zhì)量后都需要重新平衡摩擦力C．用盤和重物的總重力作為細線的拉力，對實驗結(jié)果會產(chǎn)生誤差D．為消除摩擦力對實驗的影響