高中物理必修1人教版课件-4探究加速度与 力、质量的关系 33页

2 实验：探究加速度与 力、质量的关系 1、理解通过控制变量法探究物体加速度与力、质量的 关系的方法。 2、理解实验思路以及用图像处理实验数据的有效性。 3、体会探究过程的严谨与合理性。 回忆分析： 牛顿第一定律告诉我们，物体的运动不需要力来 维持。 力和运动到底是怎样的关系？ 思考几个问题 1、探究实验中提到的力，其内涵是什么？ 2、如果一个静止的物体受到不为零的合外力会怎样运 动？ 3、物体运动状态的改变是什么原因？质量对物体的运动状 态的改变有影响吗？ 4、加速度与哪些因素有关？ 我们身边的运动状态变化: 1、对同一辆车，启动时从不同档启动快慢为什么不一样？ 2、动力车正常行驶比小汽车要快，但启动过程为什么比 小汽车慢得多呢？ 3、在书本上撒一些碎纸片，先轻轻吹，再用力吹，观察 到什么现象？ 4、在书本上撒一些碎纸片和一些小石子，用力吹，观察 到什么现象？ 一、实验器材： 小车、打点计时器、纸带、一端带滑轮的长木板、 细线、砝码（钩码）、小盘、刻度尺、天平 1、小车质量的测量用 。 2、打点计时器的用途是： 打出纸带，测量计算小车的加速度。 天平 3、绳拉小车的力是不是小车受到的合外力？ 将木板的一端稍作垫高，使小车匀速下滑，此时小车的 合外力多大? 4、绳子的拉力等于砝码的重量吗？为什么？ 不等于！因为砝码向下加速，所以绳子的拉力小于砝 码的重力。 5、什么情况下砝码重力可以近似等于绳子拉力即小车 所受的合外力？ 当砝码质量比小车质量小得多时，绳子的拉力近似等于砝 码的重力，即小车受到的合外力近似等于砝码的重力。 6、如何来平衡摩擦力？ 我们将长木板倾斜一定角度θ，θ应该等于 此时物体在斜面上受到的合外力为0。做实验时肯定无法 这么准确，我们只要把木板倾斜到物体在斜面上大致能够 匀速下滑（可以根据纸带上的点来判断） arctan , 例1、如图一个质量为m木块正在倾角为 θ为的三角斜面上匀速下滑，试求斜面 的动摩擦因数。 探讨：如果此时给物体加上一个沿斜面向下的力F，那物 体现在受到的合外力是多少？ θ FN Gcosθ Gsinθ G Nmgcos F  N sinmgsin F mgcos tancos      探究方案一：实验装置图 【处理数据、探索结论】 1.用天平测出小车和砝码的总质 量M,小盘和砝码的总质量m,把数 值记录下来. 2.按如图1所示把实验器材安装 好,只是不把悬挂小盘的细绳系 在车上,即不给小车施加牵引力. 3.平衡摩擦力:在长木板不带定滑轮的一端下面垫一块木 板.反复移动木板的位置,直至小车在斜面上运动时可以 保持匀速直线运动状态.这时,小车拖着纸带运动时受到 的摩擦阻力恰好与小车所受的重力在斜面方向上的分力 平衡. 4.把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂小盘,先接通电源再 放开小车,打点计时器在纸带上打下一系列的点,打完点 后切断电源,取下纸带,在纸带上标上纸带号码。 5.保持小车和砝码的质量不变,在小盘里放入适量的砝码, 把小盘和砝码的总质量m′记录下来,重复步骤4.在小桶内 再放入适量砝码,记录下小盘和砝码的总质量m″,再重复 步骤4. 6.重复步骤5两次,得到三条纸带. 7.在每条纸带上都选取一段比较理想的部分,标明计数点, 测量计数点间的距离,算出每条纸带上的加速度的值. 8.用纵坐标表示加速度a,横坐标表示作用力F,作用力的大 小F等于小盘和砝码的总重力,根据实验结果在坐标平面上 画出相应的点,如果这些点是在一条过原点的直线上,便证 明了加速度与作用力成正比. 9.保持小盘和砝码的质量不变,在小车上加砝码,重复上面 的实验,用纵坐标表示加速度a,横坐标表示小车和砝码总 质量的倒数,根据实验结果在坐标平面上画出相应的点.如 果这些点是在一条过原点的直线上,就证明了加速度与质 量成反比. 【注意事项】 1.一定要做好平衡摩擦力的工作,也就是调出一 个合适的斜面,使小车的重力沿着斜面方向的分 力正好平衡小车受的摩擦阻力.在平衡摩擦力时, 不要把悬挂小盘的细线系在小车上,即不要给小 车加任何牵引力,并要让小车拖着打点的纸带运 动. 2.实验步骤2、3不需要重复,即整个实验平衡了 摩擦力后,不管以后是改变小盘和砝码的总质量 还是改变小车和砝码的总质量,都不需要重新平 衡摩擦力. 3.每条纸带必须在满足小车与车上所加砝码的总质量远大 于小盘和砝码的总质量的条件下打出.只有如此,小盘和砝 码的总重力才可视为小车受到的拉力. 4.改变拉力和小车质量后,每次开始时小车应尽量靠近打点 计时器,并应先接通电源,再放开小车,且应在小车到达滑轮 前按住小车. 5.作图象时,要使尽可能多的点分布在所作直线上,直线外 的点应尽可能对称分布在所作直线两侧. 6.作图时两轴标度比例要选择适当,各量须采用国际单位. 这样作图线时,坐标点间距不至于过密,误差会小些. 1、加速度与合外力的关系 实验基本思路：保持物体的质量不变，测量物体在 不同的合力作用下物体的加速度，分析加速度与合 外力的关系。 实验数据的记录处理： F/N a/m·s -2 0 实验数据 实验次数 a F 第一次 第二次 第三次 2、加速度与质量的关系 实验的基本思路：保持物体所受的合外力相同，测量 不同质量的物体在该力的作用下的加速度，分析加速 度与质量的关系。 实验数据记录处理 实验数据 实验次数 a M 第一次 第二次 第三次 1/M a/m.s-2 0 实验方案二： 实验器材：小车、一端带滑轮的长木板、粗线、砝码、小 盘、天平、刻度尺、宽口夹子。 点击可重复观看 实验原理: 在实验中，我们可以根据两个小车的运动时间相同， 结合 运动学公式, 得到加速度的比值等于运 动位移 的比值，在实验中我们就可以不必求出加速度而是 直接求 位移的比就可以表示加速度的比值关系，从而使实 验数据 的处理变得简单，直观。 21X at2  实验数据处理 F1/F2 x1/x2 0 1、加速度与力的关系（保持小车质量不变） 次数 1 2 3 4 1 2 F F2 1 2 1 a a x x  次数 1 2 3 4 M2/M1 x1/x2 0 2、加速度与质量的关系（保持拉力不变） 1 2 M M 2 1 M M2 1 2 1 a a x x  探究实验结论： 物体的加速度和物体所受到的合外力有什么关系？ 和自身的质量有什么关系？ 例2、物理小组在一次探究活动中测量滑块与木板之间 的动摩擦因数.实验装置如图所示,一表面粗糙的木板固 定在水平桌面上,一端装有定滑轮;木板上有一滑块,其 一端与电磁打点计时器的纸带相连,另一端通过跨过定 滑轮的细线与托盘连接.打点计时器使用的交流电源的 频率为50 Hz.开始实验时,在托盘中放入适量砝码,滑块 开始做匀加速运动,在纸带上打出一系列小点. (1)下图给出的是实验中获取的一条纸带的一部分,0、1、 2、3、4、5、6、7是计数点,每相邻两计数点间还有4个 打点(图中未标出),计数点间的距离如图所示.根据图中 数据计算的加速度a=________.(保留三位有效数字). (2)回答下列两个问题: ①为测量动摩擦因数,下列物理量中还应测量的有 _____.(填入所选物理量前的字母) A.木板的长度L B.木板的质量m1 C.滑块的质量m2 D.托盘和砝码的总质量m3 E.滑块运动的时间t ②测量①中所选定的物理量时需要的实验器材是_____. (3)滑块与木板间的动摩擦因数μ=_____(用被测物理量的 字母表示,重力加速度为g).与真实值相比,测量的动摩擦 因数_____(填“增大”或“偏小”).写出支持你的看法的 一个论据:_____. 解析:(1)a= 0.497 m/s2 (2)①要测动摩擦因数,就要测出滑块受的拉力和滑块质 量;②测质量就需要天平. (3)根据牛顿第二定律m3g-μm2g=(m2+m3)a 得μ= 这样测出的动摩擦因数比真实值偏大,因为纸带和打点计 时器间还有摩擦,计算时忽略掉,导致结果偏大. 7 6 5 4 3 2 2 (x x x ) (x x x ) 9T       3 2 3 2 m g (m m )a m g   练习1.关于验证牛顿运动定律的实验,下列说法中符合实 际的是( ) A.通过同时改变小车的质量m及受到的拉力F的研究,能归 纳出加速度、力、质量三者之间的关系 B.通过保持小车质量不变,只改变小车的拉力的研究,就 可以归纳出加速度、力、质量三者之间的关系 C.通过保持小车受力不变,只改变小车质量的研究,就可 以得出加速度、力、质量三者之间的关系 D.先不改变小车质量,研究加速度与力的关系;再不改变 力,研究加速度与质量的关系,最后归纳出加速度、力、 质量三者之间的关系 D 练习2.在“探究加速度与力、质量关系”的实验中 (1)某小组得到一条打点的纸带,相邻计数点间的时间间隔 为T,且间距x1、x2、x3、x4、x5、x6已量出,如图所示,计 算D点的瞬时速度的表达式,加速度的表达式. (2)另一小组在该实验中得到了如下一组实验数据 F/N 0.196 0.392 0.392 0.588 0.588 a/(m·s-2) 0.25 0.58 0.90 1.20 1.53 ①请在右图所示的坐标中画出a—F图线. ②从图中可以发现实验操作中存在的 问题可能是( ) A.实验中没有平衡摩擦力 B.实验中平衡摩擦力时木板倾角过小 C.实验中平衡摩擦力时木板倾角过大 D.实验中小车质量发生变化 AB 知识总结： 方法总结： 物体的加速度由所受到的合外力和自身 的质量决定。 控制变量法。