201x-201x高中物理 3.2 牛顿第一定律（第2课时） 教科版必修

1、3.2 牛顿第一定律牛顿第一定律 第二课时第二课时第三章第三章 牛顿运动定律牛顿运动定律高中物理高中物理必修必修1教科版教科版目标定位目标定位2会用图象表示加速度与质量、加速度与力之间会用图象表示加速度与质量、加速度与力之间的关系的关系1学会用学会用“控制变量法控制变量法”探究加速度与力、质探究加速度与力、质量的定量关系量的定量关系.1实验器材实验器材 2实验原理：实验的基本思想实验原理：实验的基本思想控制变量法控制变量法 预习导学预习导学想一想想一想：实验中小车的加速度怎样得到？：实验中小车的加速度怎样得到？答案答案通过打点计时器打出纸带，利用通过打点计时器打出纸带，利用逐差法逐差法计算出计

2、算出 小车的加速度小车的加速度. 交流电源、刻度尺、天平交流电源、刻度尺、天平 (1) 质量质量 作用力作用力 (2) 作用力作用力 质量质量 一、实验方案的设计一、实验方案的设计课堂讲义课堂讲义1三个物理量的测量方法三个物理量的测量方法体会近似法体会近似法研究对象研究对象： 放在放在“光滑光滑”“”“水平面水平面”上的小车上的小车 (1)小车质量的测量：利用天平测出，在小车上小车质量的测量：利用天平测出，在小车上增减砝增减砝码码可改变小车的质量可改变小车的质量 (2)拉力的测量：当拉力的测量：当小桶和砂的质量远小于小车质量小桶和砂的质量远小于小车质量的的情况下，可以认为小桶和砂的重力近似等于

3、小车所受情况下，可以认为小桶和砂的重力近似等于小车所受的拉力的拉力(合外力合外力)，即，即Fmg. (3)加速度的测量：由纸带根据公式加速度的测量：由纸带根据公式saT2，结合，结合逐逐差法差法计算出小车的加速度计算出小车的加速度 课堂讲义课堂讲义2实验数据的处理方法实验数据的处理方法图象法、图象法、“化曲为直化曲为直”法法 (1)研究加速度研究加速度a和力和力F的关系的关系 以加速度以加速度a为纵坐标，以力为纵坐标，以力F为横坐标，根据测量数据为横坐标，根据测量数据描点，然后作出图象描点，然后作出图象 如图如图322所示，若所示，若图象是一条通过原点的直线，就能图象是一条通过原点的直线，就能

4、说明说明a与与F成正比成正比 图图 322 课堂讲义课堂讲义(2)研究加速度研究加速度a与质量与质量M的关系的关系 如图如图323所示，因为所示，因为aM图象是曲线，检查图象是曲线，检查aM图图象是不是双曲线，就能判断它们之间是不是反比例关象是不是双曲线，就能判断它们之间是不是反比例关系，但检查这条曲线是不是双曲线，相当困难系，但检查这条曲线是不是双曲线，相当困难 图图323 二、实验步骤二、实验步骤课堂讲义课堂讲义1用用天平天平测出小车的质量测出小车的质量M，并把数值记录下来，并把数值记录下来2按图按图4所示的装置把实验器材安装好所示的装置把实验器材安装好(小车上先不系小车上先不系绳绳) 3

5、平衡摩擦力平衡摩擦力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫：在长木板不带定滑轮的一端下面垫一木块，反复移动木块位置，直到一木块，反复移动木块位置，直到轻推小车在斜面轻推小车在斜面上运动时可保持匀速直线运动为止上运动时可保持匀速直线运动为止(纸带上相邻点间纸带上相邻点间距相等距相等)课堂讲义课堂讲义4在小桶里放入适量的砂，通过细绳系在小车上，在在小桶里放入适量的砂，通过细绳系在小车上，在小车上加放适量的砝码，用天平测出小桶和砂的质量小车上加放适量的砝码，用天平测出小桶和砂的质量m，记录下来接通电源，放开小车，待打点计时器，记录下来接通电源，放开小车，待打点计时器在纸带上打好点后取下纸带，并设计表格如下

6、在纸带上打好点后取下纸带，并设计表格如下.5.保持小车的质量不变，改变砂和小桶的质量，按步保持小车的质量不变，改变砂和小桶的质量，按步骤骤4再做再做5次实验次实验 6在每条纸带上选取一段比较理想的部分，算出每在每条纸带上选取一段比较理想的部分，算出每条纸带对应的加速度的值，填入表格中条纸带对应的加速度的值，填入表格中课堂讲义课堂讲义7用纵坐标表示加速度，横坐标表示作用力，根据用纵坐标表示加速度，横坐标表示作用力，根据实验结果画出小车运动的实验结果画出小车运动的aF图象，从而得出图象，从而得出aF的关系的关系三、误差分析三、误差分析课堂讲义课堂讲义四、注意事项四、注意事项1实验中小车靠近打点计时

7、器且应实验中小车靠近打点计时器且应先接通电源后释放先接通电源后释放小车小车 2在在平衡摩擦力平衡摩擦力时，不要悬挂小桶，但小车应连着时，不要悬挂小桶，但小车应连着纸带且接通电源用手轻轻地给小车一个初速度，如纸带且接通电源用手轻轻地给小车一个初速度，如果在纸带上打出的点的间隔均匀，表明小车受到的阻果在纸带上打出的点的间隔均匀，表明小车受到的阻力跟它受到的重力沿斜面向下的分力平衡力跟它受到的重力沿斜面向下的分力平衡 3改变砂的质量过程中，改变砂的质量过程中，要始终保证砂桶要始终保证砂桶(包括砂包括砂)的的质量远小于小车的质量质量远小于小车的质量4作图时应使所作的作图时应使所作的直线直线通过尽可能多

8、的点，不在直通过尽可能多的点，不在直线上的点也要尽可能的对称分布在直线的两侧，但若线上的点也要尽可能的对称分布在直线的两侧，但若遇到个别偏离较远的点可舍去遇到个别偏离较远的点可舍去课堂讲义课堂讲义【例例1】 用如图用如图325所示的装置研究在作用力所示的装置研究在作用力F一定时，小车的加速度一定时，小车的加速度a与小车质量与小车质量M的关系，某位同学设计的实验步骤如下：的关系，某位同学设计的实验步骤如下：A用天平称出小车和小桶及内部所装砂子的质量；用天平称出小车和小桶及内部所装砂子的质量；B按图装好实验器材；按图装好实验器材；C把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂砂桶；把轻绳系在小车上并绕过定滑轮

9、悬挂砂桶；D将电磁打点计时器接在将电磁打点计时器接在6 V电压的蓄电池上，接通电源，放开小车，电压的蓄电池上，接通电源，放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，并在纸带上标明小车质量；打点计时器在纸带上打下一系列点，并在纸带上标明小车质量；E保持小桶及其中砂子的质量不变，增加小车上的砝码个数，并记录保持小桶及其中砂子的质量不变，增加小车上的砝码个数，并记录每次增加后的每次增加后的M值，重复上述实验；值，重复上述实验；F分析每条纸带，测量并计算出加速度的值；分析每条纸带，测量并计算出加速度的值；G作作aM关系图象，并由图象确定关系图象，并由图象确定aM关系关系(1)该同学漏掉的重要实验步骤是该

10、同学漏掉的重要实验步骤是_，该步骤应排在，该步骤应排在_步步实验之后实验之后(2)在上述步骤中，有错误的是在上述步骤中，有错误的是_，应把，应把_改为改为_(3)在上述步骤中，处理不恰当的是在上述步骤中，处理不恰当的是_，应把，应把_改为改为_图图325课堂讲义课堂讲义A用天平称出小车和小桶及内部所装用天平称出小车和小桶及内部所装砂子的质量；砂子的质量；B按图装好实验器材；按图装好实验器材；C把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂砂桶；挂砂桶；D将电磁打点计时器接在将电磁打点计时器接在6 V电压的电压的蓄电池上，接通电源，放开小车，打点蓄电池上，接通电源，放开小车，打点

11、计时器在纸带上打下一系列点，并在纸计时器在纸带上打下一系列点，并在纸带上标明小车质量；带上标明小车质量；E保持小桶及其中砂子的质量不变，保持小桶及其中砂子的质量不变，增加小车上的砝码个数，并记录每次增增加小车上的砝码个数，并记录每次增加后的加后的M值，重复上述实验；值，重复上述实验；F分析每条纸带，测量并计算出加速分析每条纸带，测量并计算出加速度的值；度的值；G作作aM关系图象，并由图象确定关系图象，并由图象确定aM关系关系 必须平衡摩擦力必须平衡摩擦力 交流电交流电 【例例1】 用如图用如图325所示的装置研究在作用力所示的装置研究在作用力F一定时，小车的加速度一定时，小车的加速度a与与小车

12、质量小车质量M的关系，某位同学设计的实验步骤如下：的关系，某位同学设计的实验步骤如下：A用天平称出小车和小桶及内部所装砂子的质量；用天平称出小车和小桶及内部所装砂子的质量；B按图装好实验器材；按图装好实验器材；C把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂砂桶；把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂砂桶；D将电磁打点计时器接在将电磁打点计时器接在6 V电压的蓄电池上，接通电源，放开小车，电压的蓄电池上，接通电源，放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，并在纸带上标明小车质量；打点计时器在纸带上打下一系列点，并在纸带上标明小车质量；E保持小桶及其中砂子的质量不变，增加小车上的砝码个数，并记录每保持小桶及其中砂子

13、的质量不变，增加小车上的砝码个数，并记录每次增加后的次增加后的M值，重复上述实验；值，重复上述实验；F分析每条纸带，测量并计算出加速度的值；分析每条纸带，测量并计算出加速度的值；G作作aM关系图象，并由图象确定关系图象，并由图象确定aM关系关系(1)该同学漏掉的重要实验步骤是该同学漏掉的重要实验步骤是_，该步骤应排在，该步骤应排在_步实验步实验之后之后(2)在上述步骤中，有错误的是在上述步骤中，有错误的是_，应把，应把_改为改为_(3)在上述步骤中，处理不恰当的是在上述步骤中，处理不恰当的是_，应把，应把_改为改为_课堂讲义课堂讲义图图325平衡摩擦力平衡摩擦力 B 步骤步骤D 6 V电压的蓄

14、电池电压的蓄电池 6 V以下交流电压的学生电源以下交流电压的学生电源 步骤步骤G aM 课堂讲义课堂讲义借题发挥借题发挥 平衡摩擦力的方法：平衡摩擦力的方法： 将不带定滑轮的一端适当垫高，在不挂托盘情况将不带定滑轮的一端适当垫高，在不挂托盘情况下，使小车带动着纸带下，使小车带动着纸带(打点计时器打点时打点计时器打点时)，沿长，沿长木板恰好做匀速直线运动木板恰好做匀速直线运动目的：目的： 使托盘与砝码的重力等于小车受到的合力使托盘与砝码的重力等于小车受到的合力 课堂讲义课堂讲义【例例2】在在“探究加速度与力、质量探究加速度与力、质量的关系的关系”活动中，某小组设计了如图活动中，某小组设计了如图3

15、26所示的实验装置图中上下两层水平轨所示的实验装置图中上下两层水平轨道表面光滑，两小车前端系上细线，细道表面光滑，两小车前端系上细线，细线跨过滑轮并挂上砝码盘，两小车尾部线跨过滑轮并挂上砝码盘，两小车尾部细线连到控制装置上，实验时通过控制细线连到控制装置上，实验时通过控制装置使两小车同时开始运动，然后同时装置使两小车同时开始运动，然后同时停止停止(1)在安装实验装置时，应调整滑轮的在安装实验装置时，应调整滑轮的高度，使高度，使_；为；为减小系统误差，应使砝码盘和砝码的总减小系统误差，应使砝码盘和砝码的总质量质量_(选填选填“远大于远大于”“”“远小于远小于”或或“等于等于”)小车的质量小车的质

16、量(2)本实验通过比较两小车的位移来比本实验通过比较两小车的位移来比较小车加速度的大小，能这样比较，是较小车加速度的大小，能这样比较，是因为因为_图图32326平行平行 细线与轨道平行细线与轨道平行(或水平或水平) 远小于远小于 整体：整体：amMmg)(小车：小车：MaF mMmgMgFmMm时，当两小车从静止开始做匀加速直线运动，运动时间相等两小车从静止开始做匀加速直线运动，运动时间相等 课堂讲义课堂讲义(3)实验中获得数据如下表所示：实验中获得数据如下表所示：小车小车、的质量均为的质量均为200 g.在第在第1次实验中小车次实验中小车从从A点运动到点运动到B点的点的位移如图位移如图7所示

17、，请将测量结果填到表中所示，请将测量结果填到表中空格处通过分析，可知表中第空格处通过分析，可知表中第_次实次实验数据存在明显错误，应舍弃验数据存在明显错误，应舍弃 图图7 0 cm 6 cm 23.36 对比对比数据数据3 【例例3】“探究加速度与力、探究加速度与力、质量的关系质量的关系”的实验装置如的实验装置如图图 328甲所示甲所示(1)在平衡小车与桌面之间摩在平衡小车与桌面之间摩擦力的过程中，打出了一条擦力的过程中，打出了一条纸带如图纸带如图428乙所乙所示计时器打点的时间间隔示计时器打点的时间间隔为为0.02 s从比较清晰的点从比较清晰的点起，每起，每5个点取一个计数点，个点取一个计数

18、点，量出相邻计数点之间的距量出相邻计数点之间的距离该小车的加速度大小离该小车的加速度大小a_m/s2.(结果保留结果保留两位有效数字两位有效数字)课堂讲义课堂讲义图图 328 T0.1 s x13.52 cm x23.68 cm x33.83 cm x2x1a1T2 x3x2a2T2 0.16 (2)平衡摩擦力后，将平衡摩擦力后，将5个相同个相同的砝码都放在小车上挂上砝的砝码都放在小车上挂上砝码盘，然后每次从小车上取一码盘，然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中，测量个砝码添加到砝码盘中，测量小车的加速度小车的加速度小车的加速度小车的加速度a与砝码盘中砝码总重力与砝码盘中砝码总重力F的实的实

19、验数据如下表：验数据如下表：请根据实验数据在图请根据实验数据在图329中作中作出出aF的关系图象的关系图象(3)根据提供的实验数据作出的根据提供的实验数据作出的aF图线不通过原点，请说明图线不通过原点，请说明主要原因主要原因课堂讲义课堂讲义图图329 砝码盘中砝码总重力砝码盘中砝码总重力F/N 0.196 0.392 0.5880.784 0.980 加速度加速度a/(ms2) 0.69 1.18 1.66 2.18 2.70 砝码盘的重力为砝码盘的重力为F0 FMMFMFFa100截距截距 0.40.81.21.02.03.0课堂讲义课堂讲义借题发挥借题发挥 实验中作出的实验中作出的aF图象

20、有时图象有时不过原点不过原点 主要原因是：主要原因是： 实验中没有考虑砝码托盘的质量，误将砝码的重力等实验中没有考虑砝码托盘的质量，误将砝码的重力等于拉力于拉力F，或是平衡摩擦力时垫得太高了，会出现图，或是平衡摩擦力时垫得太高了，会出现图象甲的情况；象甲的情况； FMMFMFFa100砝码托盘的重力或平衡摩擦过度的力砝码托盘的重力或平衡摩擦过度的力实验中没有平衡摩擦力或摩擦力平衡不充分，会出现图实验中没有平衡摩擦力或摩擦力平衡不充分，会出现图象乙的情况象乙的情况 FMMfMfFa1摩擦力或平衡摩擦不足部分摩擦力或平衡摩擦不足部分1.在探究加速度与力、质量的关系实在探究加速度与力、质量的关系实验

21、中，小车及车中砝码的质量用验中，小车及车中砝码的质量用M表示，表示，盘及盘中砝码的质量用盘及盘中砝码的质量用m表示，小车的表示，小车的加速度可由小车后拖动的纸带打上的点加速度可由小车后拖动的纸带打上的点计算出计算出(1)当当M与与m的大小关系满足的大小关系满足_时，时，才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘及盘中砝码的重力及盘中砝码的重力(2)一组同学在做加速度与质量的关系实一组同学在做加速度与质量的关系实验时，保持盘及盘中砝码的质量一定，验时，保持盘及盘中砝码的质量一定，改变小车及车中砝码的质量，测出相应改变小车及车中砝码的质量，测出相应的加速度，采用图象法处理

22、数据为了的加速度，采用图象法处理数据为了比较容易地观测加速度比较容易地观测加速度a与质量与质量M的关系，的关系，应该做应该做a与与_的图象的图象对点练习对点练习整体：整体：amMmg)(小车：小车：MaF mMmgMgFmMm 时，mMMaF a与与M成反比成反比 (3)乙、丙同学用同一装置做实验，画出了各自得到乙、丙同学用同一装置做实验，画出了各自得到的的a 图线如图图线如图3211所示，两个同学做实验时的所示，两个同学做实验时的盘及盘中砝码的质量盘及盘中砝码的质量m乙乙_(填填“大于大于”“”“小于小于”或或“等于等于”)m丙丙 对点练习对点练习图图3211 MmgMmga1斜率斜率 大于大于 对点练习对点练习2 在在“探究加速度与力、质量的关系探究加速度与力、质量的关系”实验中：实验中：(1)为了探究小车为了探究小车(包括里面所装钩码包括里面所装钩码)总质量总质量M一定时，加速度一定时，加速度a与