高中物理必修一第四章第二节-实验-探究加速度及力-质量的关系优质课件精校版

1、第四章第四章 牛顿运动定律牛顿运动定律动力学的奠基者动力学的奠基者 英国科学家牛顿英国科学家牛顿(1643-1727)牛顿第一定律：牛顿第一定律：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态,除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。牛顿第一定律：牛顿第一定律：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态,除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。力是产生加速度的原因力是产生加速度的原因加速度加速度a a与力与力F F有有关关加速度加速度a a与与质量质量m m有关有关F1赛车从赛车从0加速到时速加速到时速100公里只需公里只需2.3秒秒质量是惯性大小的量度质量是惯性大小的量度 物体的加速度a与所受到的合

2、外力F、物体质量m有怎样的定量关系？研究方法：研究方法：保持保持m不变，研究不变，研究a 与与F的关系的关系; 保持保持F不变，研究不变，研究a与与m的关系。的关系。实验验证实验验证思考：如何设计实验思考：如何设计实验?事实是不是这样呢？事实是不是这样呢？m一定，一定， a F； F一定，一定， a1/m。明确几个问题明确几个问题:2.如何由实验得出结论?1.怎么设计这个实验?1.测量哪些量?2.怎么测量?数据处理：m不变时，a与F关系；F不变时，a与m关系。 a、F、m m： a:F:天平求出物体所受的合力实验设计实验设计: 参考方案一参考方案一:用用打点计时器打点计时器探究探究小车小车:打

3、点计时器打点计时器:测量小车运动过程中的加速度测量小车运动过程中的加速度钩码钩码:重力提供拉力重力提供拉力研究对象研究对象,可用天平称其质量可用天平称其质量合力合力F=?GFNFf平衡摩擦力： 钩码重力钩码重力近似近似等于绳子拉力，用以表示小车受到等于绳子拉力，用以表示小车受到的合外力的合外力FGG1FNfG1平衡摩擦力平衡摩擦力f。实验步骤实验步骤:1.用天平测出小车的质量。用天平测出小车的质量。2.安装好实验装置，在小车上装好纸带，纸带另一端穿安装好实验装置，在小车上装好纸带，纸带另一端穿过计时器限位孔，调整木板倾斜程度，平衡摩擦力。过计时器限位孔，调整木板倾斜程度，平衡摩擦力。3.控制小

4、车质量不变，用细线将钩码与小车相连（钩码控制小车质量不变，用细线将钩码与小车相连（钩码质量远小于小车质量），打开打点计时器，释放小车，质量远小于小车质量），打开打点计时器，释放小车，测出一组数据。测出一组数据。4.改变钩码质量，多测几组数据。改变钩码质量，多测几组数据。5.控制钩码质量不变，改变小车质量，再测几组数据。控制钩码质量不变，改变小车质量，再测几组数据。演示实验：演示实验：探究加速度探究加速度a与力与力F的关系的关系Excel数据处理数据采集与处理数据采集与处理链接演示实验：演示实验：探究加速度探究加速度a与质量与质量m的关系的关系Excel数据处理数据采集与处理数据采集与处理实验结

5、论：实验结论：m一定时，aFF一定时，a1/m实验设计二：实验设计二： 设计对比实验设计对比实验设计方案设计方案保持小车质量不变不变保持力光电门光电门数字计时器数字计时器拓展探究拓展探究光电门光电门1 1光电门光电门2 2挡光板挡光板xX/t参考方案三参考方案三:利用气垫导轨来探究利用气垫导轨来探究2222021()()22xxvvttaxxttxtxtvva120知识精析知识精析一、控制变量法一、控制变量法1加速度是表示物体运动状态变化快慢的物理量根加速度是表示物体运动状态变化快慢的物理量根据事实经验，加速度与物体的质量有关物体受力一定时，据事实经验，加速度与物体的质量有关物体受力一定时，质

6、量越小，加速度就越大加速度还与物体受力的大小有关，质量越小，加速度就越大加速度还与物体受力的大小有关，物体质量一定时，受力越大，其加速度越大物体质量一定时，受力越大，其加速度越大2控制变量法：加速度控制变量法：加速度a和质量和质量m、受力、受力F都有关系研都有关系研究它们之间的关系时，先保持质量不变，测量物体在不同的究它们之间的关系时，先保持质量不变，测量物体在不同的力的作用下的加速度，分析加速度与力的关系，再保持物体力的作用下的加速度，分析加速度与力的关系，再保持物体所受的力相同，测量不同质量的物体在该力作用下的加速度，所受的力相同，测量不同质量的物体在该力作用下的加速度，分析加速度与质量的

7、关系这种先控制一个参量不变，研究分析加速度与质量的关系这种先控制一个参量不变，研究其余参量之间变化关系的方法叫控制变量法其余参量之间变化关系的方法叫控制变量法三、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：实验中小车要受到摩擦阻力的作用，增加了实验中小车要受到摩擦阻力的作用，增加了实验的难度垫高水平木板不带滑轮的一端，使小车自身重实验的难度垫高水平木板不带滑轮的一端，使小车自身重力沿斜面的分力平衡摩擦力，这样小车所受拉力即为合力，力沿斜面的分力平衡摩擦力，这样小车所受拉力即为合力，提高了实验成功率提高了实验成功率2方法：方法：不挂托盘，使小车拖着纸带，纸带通过打点不挂托盘，使

8、小车拖着纸带，纸带通过打点计时器，并且使打点计时器处于工作状态，逐渐调节木板的计时器，并且使打点计时器处于工作状态，逐渐调节木板的倾角，使打下的纸带点间距相等，则说明小车做匀速直线运倾角，使打下的纸带点间距相等，则说明小车做匀速直线运动，即平衡了摩擦力动，即平衡了摩擦力四、实验注意事项四、实验注意事项1平衡摩擦力时不要挂重物，整个实验平衡了摩擦力平衡摩擦力时不要挂重物，整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变盘和砝码的质量还是改变小车及砝码的后，不管以后是改变盘和砝码的质量还是改变小车及砝码的质量，都不需要重新平衡摩擦力质量，都不需要重新平衡摩擦力2实验中必须满足小车和砝码的质量远大于小盘和砝实

9、验中必须满足小车和砝码的质量远大于小盘和砝码的总质量只有如此，砝码和小盘的总重力才可视为与小码的总质量只有如此，砝码和小盘的总重力才可视为与小车受到的拉力相等车受到的拉力相等3各纸带上的加速度各纸带上的加速度a，都应是该纸带上的平均加速，都应是该纸带上的平均加速度度4作图象时，要使尽可能多的点在所作直线上，不在作图象时，要使尽可能多的点在所作直线上，不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线两侧离直线较远直线上的点应尽可能对称分布在所作直线两侧离直线较远的点是错误数据，可舍去不予考虑的点是错误数据，可舍去不予考虑5小车应靠近打点计时器且先接通电源再放手小车应靠近打点计时器且先接通电源再放手五、误

10、差分析五、误差分析1质量的测量误差、纸带上打点计时器打点间隔距离质量的测量误差、纸带上打点计时器打点间隔距离的测量误差，拉线或纸带不与木板平行等都会造成误差的测量误差，拉线或纸带不与木板平行等都会造成误差2因实验原理不完善造成误差：本实验中用小盘及砝因实验原理不完善造成误差：本实验中用小盘及砝码的总重力代替小车受到的拉力码的总重力代替小车受到的拉力(实际上小车受到的拉力要小实际上小车受到的拉力要小于小盘及砝码的总重力于小盘及砝码的总重力)，存在系统误差小盘及砝码的总质，存在系统误差小盘及砝码的总质量越接近小车的质量，误差就越大；反之，小盘及砝码的总量越接近小车的质量，误差就越大；反之，小盘及砝

11、码的总质量越小于小车的质量，误差就越小质量越小于小车的质量，误差就越小3平衡摩擦力不准造成误差：在平衡摩擦力时，除了平衡摩擦力不准造成误差：在平衡摩擦力时，除了不挂小盘外，其他的都跟正式实验一样不挂小盘外，其他的都跟正式实验一样(比如要挂好纸带、接比如要挂好纸带、接通打点计时器通打点计时器)，匀速运动的标志是打点计时器打出的纸带上，匀速运动的标志是打点计时器打出的纸带上点的距离相等点的距离相等链接方法指导方法指导一、探究加速度与质量的关系一、探究加速度与质量的关系例例1 1某同学在实验中保持拉力不变，得到了小车加速某同学在实验中保持拉力不变，得到了小车加速度随质量变化的一组数据，如下表所示度随

12、质量变化的一组数据，如下表所示实验实验次数次数加速度加速度a/(ms2)小车与砝码小车与砝码总质量总质量m/kg小车与砝码小车与砝码总质量的倒数总质量的倒数m1/kg110.290.205.020.250.254.030.220.303.340.180.352.950.160.402.5请你在图请你在图212甲方格纸中建立合适坐标系并画甲方格纸中建立合适坐标系并画出能直观反映出加速度与质量关系的图线出能直观反映出加速度与质量关系的图线 解析解析先确定坐标的含意，再按表格数据描点，先确定坐标的含意，再按表格数据描点，最后把各点连成直线最后把各点连成直线二、探究加速度与力的关系二、探究加速度与力的

13、关系在在“探究加速度与力、质量的关系探究加速度与力、质量的关系”的实验中，若测得某一物的实验中，若测得某一物体体M一定时，一定时，a与与F的关系的有关数据资料如下表的关系的有关数据资料如下表. (1)根据表中数据，画出根据表中数据，画出aF图象图象 (2)从图象可以判定：当从图象可以判定：当M一定时，一定时，a与与F的关系为的关系为_若若a与与F成正比，图象应是一条过原点的直线同时因实验中不成正比，图象应是一条过原点的直线同时因实验中不可避免地出现误差，描出的点不在一条直线上是很正常的，连线时可避免地出现误差，描出的点不在一条直线上是很正常的，连线时应使直线过尽量多的点，不在直线上的点应大致对

14、称分布在直线两应使直线过尽量多的点，不在直线上的点应大致对称分布在直线两侧，离直线较远的点应视为错误数据，不予考虑侧，离直线较远的点应视为错误数据，不予考虑a/(ms2)1.984.065.958.12F/N1.002.003.004.00(2)由图象可知由图象可知a与与F成正比关系成正比关系答案答案(1)如图所示如图所示(2)正比关系正比关系因为因为a与与F成成正比，所以尽量把图线画成通过原点，直线的斜率表正比，所以尽量把图线画成通过原点，直线的斜率表示物体质量的倒数示物体质量的倒数变式训练变式训练1某同学在做某同学在做“探究加速度与力、质量的关系探究加速度与力、质量的关系”的实验时，画出了

15、如图的实验时，画出了如图213甲所示的三条图甲所示的三条图线，这三条图线表示实验中的线，这三条图线表示实验中的_不同不同 条平行于条平行于a轴的直线，与三条图线有三个轴的直线，与三条图线有三个交点，可以看出交点，可以看出解析解析如图如图213乙所示，乙所示，过过F轴上的某一点作一三个交点对应的纵坐轴上的某一点作一三个交点对应的纵坐标标a的值不同，的值不同，a的值越小，运动状态越难的值越小，运动状态越难改变，惯性越大，质量也就越大，可见三改变，惯性越大，质量也就越大，可见三条图线对应实验中物体的质量不同，且斜条图线对应实验中物体的质量不同，且斜率越小的，质量越大率越小的，质量越大答案答案小车的质

16、量小车的质量三、实验误差分析三、实验误差分析例例3 3用图用图214甲所示的装置研究质量一定时加速度与作用力的关系研究甲所示的装置研究质量一定时加速度与作用力的关系研究的对象是放在长木板上的小车，小车的质量为的对象是放在长木板上的小车，小车的质量为M，长木板是水平放置的小车前，长木板是水平放置的小车前端拴着细轻绳，跨过定滑轮，下面吊着沙桶实验中认为细绳对小车的作用力端拴着细轻绳，跨过定滑轮，下面吊着沙桶实验中认为细绳对小车的作用力F等于沙和桶的总重力等于沙和桶的总重力mg.用改变沙的质量的办法来改变小车的作用力用改变沙的质量的办法来改变小车的作用力F，用打点计，用打点计时器测出小车的加速度时器

17、测出小车的加速度a，得出若干组，得出若干组F和和a的数据然后根据测得的数据作出的数据然后根据测得的数据作出aF 图线图线一学生作出图一学生作出图21-4乙所示的图线，发现横轴上的截乙所示的图线，发现横轴上的截距距OA较大，明显地超出了偶然误差的范围，这是由较大，明显地超出了偶然误差的范围，这是由于在实验中没有进行下面的步骤，即于在实验中没有进行下面的步骤，即.解析解析细绳对小车的拉力细绳对小车的拉力F达到一定的数值前，达到一定的数值前，小车仍静止，表示木板的摩擦力不能忽略，同时也小车仍静止，表示木板的摩擦力不能忽略，同时也表明该同学做实验时，没有给实验装置平衡摩擦表明该同学做实验时，没有给实验

18、装置平衡摩擦力力答案答案给实验装置平衡摩擦力给实验装置平衡摩擦力变式训练变式训练2如果此学生根据测得的数据作出的如果此学生根据测得的数据作出的aF图线如图线如图图215所示，则：所示，则： (1)实验中出现误差的原因是什实验中出现误差的原因是什么？么？ 答：答：_(2)应该怎样处理这种情况？应该怎样处理这种情况？ 答答_解析解析当力当力F为零时，加速度不为零，就说明当力为零时，小为零时，加速度不为零，就说明当力为零时，小车仍在长木板上向下加速，其原因就是平衡摩擦力时长木板倾角过车仍在长木板上向下加速，其原因就是平衡摩擦力时长木板倾角过大，使得小车的重力沿斜面向下的分力大于小车所受滑动摩擦力，大

19、，使得小车的重力沿斜面向下的分力大于小车所受滑动摩擦力，所以应重新调整木板，平衡摩擦力所以应重新调整木板，平衡摩擦力答案答案(1)平衡摩擦力时，平衡摩擦力时，长木板的倾角过大长木板的倾角过大(2)减小长木板的倾角，重新平衡摩擦力减小长木板的倾角，重新平衡摩擦力四、实验注意事项四、实验注意事项例例4 4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”的实验中，当作用力一定时的实验中，当作用力一定时(悬挂悬挂的重物或沙桶重力不变的重物或沙桶重力不变)，探索加速度与质量的关系时，下列说法正确的是，探索加速度与质量的关系时，下列说法正确的是()A平衡摩擦力时，应将装沙的小桶用细绳通过定滑轮

20、系在小车上平衡摩擦力时，应将装沙的小桶用细绳通过定滑轮系在小车上B每次改变小车质量时，不需要重新平衡摩擦力每次改变小车质量时，不需要重新平衡摩擦力C实验时，先放开小车，再接通打点计时器的电源实验时，先放开小车，再接通打点计时器的电源D小车运动的加速度可用天平测出小车的质量小车运动的加速度可用天平测出小车的质量M和沙及沙桶的质量和沙及沙桶的质量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时，不应将装沙的小桶通过定滑轮连在小车上，而是在在平衡摩擦力时，不应将装沙的小桶通过定滑轮连在小车上，而是在木板后端垫上适应厚度的薄片，再观察小车能在木板上带着纸带匀速下滑即可，木板后端垫上适应厚度的

21、薄片，再观察小车能在木板上带着纸带匀速下滑即可，故选项故选项A错误，错误，B正确；操作时应先接通打点计时器的电源再放开小车，故选项正确；操作时应先接通打点计时器的电源再放开小车，故选项C错误；牛顿第二定律是本实验要达到的目标，不能把它作为理论根据来计算加速错误；牛顿第二定律是本实验要达到的目标，不能把它作为理论根据来计算加速度，其加速度只能从纸带提供的数据计算得出，故选项度，其加速度只能从纸带提供的数据计算得出，故选项D错误错误答案答案B课堂小结课堂小结 本节课以实验为依据，采用控制变本节课以实验为依据，采用控制变量法进行研究，根据已掌握的物理知量法进行研究，根据已掌握的物理知识设计实验方案，

22、探索物理规律是物识设计实验方案，探索物理规律是物理学研究的重要方法。理学研究的重要方法。1关于关于“探究加速度与力、质量的关系探究加速度与力、质量的关系”的实验，下的实验，下列说法中符合实际的是列说法中符合实际的是 ()A通过同时改变小车的质量通过同时改变小车的质量m及受到的拉力及受到的拉力F的研究，的研究，能归纳出加速度、力、质量三者之间的关系能归纳出加速度、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，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，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；再不先不改变小车质量，研究加速度与力的关系；再不改变受力，研究加速度与质量的关系，最后归纳出加改变受力，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速度、力、质量三者之间的关系课堂练习课堂练习2 2、在做、在做“探究加速度与力、质量的关系探究加速度与力、质量的关系”的实验时，的实验时， 某学生某学生将实验装置如图所示安