第2节《实验：探究加速度与力、质量的关系》课件

1、. . . 金太阳好教育云平台 第四章第四章 牛顿运动定律牛顿运动定律第二节第二节 实验：探究加速度与实验：探究加速度与 力、质量的关系力、质量的关系. . . 利用视频利用视频动漫定性实验动漫定性实验，说明用同样大小的力推不同质量，说明用同样大小的力推不同质量荡秋千的人，摆动幅度不同；用不同的力推同一人，摆动幅度也荡秋千的人，摆动幅度不同；用不同的力推同一人，摆动幅度也不同，说明加速度与力、质量都有关系。那么，加速度与力、质不同，说明加速度与力、质量都有关系。那么，加速度与力、质量有什么关系呢？本节课我们通过实验来探究加速度与力、质量量有什么关系呢？本节课我们通过实验来探究加速度与力、质量的

2、关系。导入新课。的关系。导入新课。 关于实验的基本思路，学生在初中已很清楚，本节课设计了让关于实验的基本思路，学生在初中已很清楚，本节课设计了让学生结合自身的生活经验和一些常识，对加速度与力、质量之间学生结合自身的生活经验和一些常识，对加速度与力、质量之间的定量关系进行合理的猜想。这与实验数据的处理直接相关。设的定量关系进行合理的猜想。这与实验数据的处理直接相关。设计合理的实验方案，控制变量方法的应用，实验数据的处理是本计合理的实验方案，控制变量方法的应用，实验数据的处理是本章的重点，课件设计时重点进行了考查，怎样测量（或比较）物章的重点，课件设计时重点进行了考查，怎样测量（或比较）物体的加速

3、度，怎样提供和测量物体所受的合外力是本节学生理解体的加速度，怎样提供和测量物体所受的合外力是本节学生理解的的难点。通过讲解和习题训练，加深学生的理解。最后，再设的的难点。通过讲解和习题训练，加深学生的理解。最后，再设计计4个课堂检测题，来检测学生掌握的情况，发现存在的问题。个课堂检测题，来检测学生掌握的情况，发现存在的问题。. . . 1. 理解探究加速度与力、质量的关系的合理性和必要性。理解探究加速度与力、质量的关系的合理性和必要性。2. 理解实验思路的合理性，以及用图像处理实验数据的有效性。理解实验思路的合理性，以及用图像处理实验数据的有效性。3. 体验如何平衡摩擦阻力、减小实验系统误差的

4、操作方法。体验如何平衡摩擦阻力、减小实验系统误差的操作方法。4. 体会整个探究过程的科学严谨和合理性。体会整个探究过程的科学严谨和合理性。学习重点：学习重点：1. 控制变量法的使用。控制变量法的使用。2. 如何提出实验方案并使实验方案合理可行。如何提出实验方案并使实验方案合理可行。3. 实验数据的分析与处理。实验数据的分析与处理。学习难点：学习难点：1. 如何提出实验方案并使实验方案合理可行。如何提出实验方案并使实验方案合理可行。2. 实验数据的分析与处理。实验数据的分析与处理。 . . . 1. 播放素材播放素材视频视频动漫定性实验动漫定性实验的内容。的内容。2. 用用同样大小的力推不同质量

5、的荡秋千的人，摆动幅度不同；用同样大小的力推不同质量的荡秋千的人，摆动幅度不同；用不同大小的力推同一荡秋千的人，摆动幅度不同。那么，力、质不同大小的力推同一荡秋千的人，摆动幅度不同。那么，力、质量、加速度三者有什么关系呢？本节课我们就通过实验来研究加量、加速度三者有什么关系呢？本节课我们就通过实验来研究加速度与力、质量的关系。速度与力、质量的关系。http:/ . . 复习复习回顾回顾1. 速度速度是描述物体运动状态的是描述物体运动状态的物理量；物理量；加速度加速度是描述物是描述物体运动状态变化快慢的体运动状态变化快慢的物理量。物理量。3. 加速度加速度的大小与物体的大小与物体受力大小受力大小

6、有关。有关。加速度的大小与物体的加速度的大小与物体的质量大小质量大小有关。有关。2. 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：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止止状态，除非状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。即作用在它上面的力迫使它改变这种状态。即力是产生加速度的原因。力是产生加速度的原因。. . . 1. 探究探究加速度与力的定量关系。加速度与力的定量关系。2. 探究探究加速度与质量的定量关系。加速度与质量的定量关系。采用控制变量采用控制变量法法1. 当当质量一定时，研究加速度与合外力的质量一定时，研究加速度与合外力的关系关系 aF合合。2. 当当力一定时，

7、研究加速度与质量的力一定时，研究加速度与质量的关系关系 a1/m。. . . mF1mF2F1 F2m2Fm1 m2m1F结论：结论：当物体质量一定当物体质量一定时，物体的加速度随着时，物体的加速度随着力的增大而增大力的增大而增大。结论：结论：当力的大小一定当力的大小一定时，物体的加速度随着时，物体的加速度随着质量的增大而减小质量的增大而减小。注意：这里的力指的是物体所受的合外力注意：这里的力指的是物体所受的合外力控制变量法控制变量法. . . 明确几个问题明确几个问题: :2. 如何如何由实验得出由实验得出结论结论 ? 1. 怎么怎么设计这个设计这个实验实验 ?测量测量哪些哪些量量 ?怎么测

8、量怎么测量 ? a、F、m 求出物体求出物体所受所受的合力的合力m：a:F:天平天平？数据处理数据处理m 不变不变时，时，a 与与 F 关系关系F 不变不变时，时，a 与与 m 关系关系. . . 实验方案一：测实验方案一：测加速度法加速度法实验方案二：设计对比实验实验方案二：设计对比实验. . . 钩码钩码纸带纸带打点打点计时器计时器小车小车小车小车:打点计时器打点计时器: 测量测量小车运动过程中的加速度小车运动过程中的加速度钩钩码：重力码：重力提供拉力提供拉力研究研究对象，可用对象，可用天平称其质量天平称其质量合力合力 F = ?GFNFf一一、测测加速度法加速度法（一一）实验装置）实验装

9、置. . . 1. 合合外力在什么时候等于线的拉力？外力在什么时候等于线的拉力？2. 线线的拉力在什么时候等于钩码的重力？的拉力在什么时候等于钩码的重力？平衡摩擦力平衡摩擦力：将：将长木板平放在实验桌上，在长木板的不带定滑长木板平放在实验桌上，在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木板，反复移动薄木板的位置，直至轮的一端下面垫上一块薄木板，反复移动薄木板的位置，直至小车在斜面上运动时以保持匀速运动状态，这时小车在斜面上运动时以保持匀速运动状态，这时小车受到小车受到的的摩摩擦力擦力(包括小车所受摩擦力和打点计时器对小车之后所拖纸带的摩擦力包括小车所受摩擦力和打点计时器对小车之后所拖纸带的摩擦力

10、)恰好恰好与小车所受的重力在斜面方向上的分与小车所受的重力在斜面方向上的分力平衡。力平衡。理论计算表明：在钩码质量远小于小车质量时，线的拉力近似理论计算表明：在钩码质量远小于小车质量时，线的拉力近似等于钩码的重力。等于钩码的重力。. . . （二）实验步骤（二）实验步骤1. 用用天平测出小车的质量。天平测出小车的质量。2. 安装安装好实验装置，在小车上装好纸带，纸带另一端好实验装置，在小车上装好纸带，纸带另一端穿过穿过计时器限位孔，调整木板倾斜程度，平衡摩擦力。计时器限位孔，调整木板倾斜程度，平衡摩擦力。3. 控制控制小车质量不变，用细线将钩码与小车相连（小车质量不变，用细线将钩码与小车相连（

11、钩码质钩码质量量远小于小车质量），打开打点计时器，释放小车，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. 改变改变钩码质量，多测几组数据。钩码质量，多测几组数据。5. 控制控制钩码质量不变，改变小车质量，再测几组数据。钩码质量不变，改变小车质量，再测几组数据。. . . F Na/ms -20.150.300.450.600.750 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5当小当小车质车质量不量不变时变时次数次数F/Na/m s -2123450.10 0.1460.20 0.3020.30 0.4280.40 0.5920.50 0.7511. 探究探究加速度与

12、合加速度与合力的关系力的关系. . . m kga/ms -0.81.00 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2当当拉拉力力不不变变时时次数次数m/kga/m s -2123451/m (kg -1)2.502.001.331.000.830.400 0.8610.500 0.6920.750 0.4701.000 0.3521.200 0.2902. 探究探究加速度加速度与质量的关系与质量的关系1/m (kg -1)a/ms -0.81.00 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5. . . （三）三）实验结论实验结论m 一定一定时，时，a

13、FF一定时，一定时，a 1/mF Na/ms -20.150.300.450.600.750 0.1 0.2 0.3 0.4 0.51/m (kg -1)a/ms -0.81.00 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5. . . 不变不变保持力保持力方案方案二：二： 保持小车保持小车质量不变质量不变. . . （一）实验（一）实验方案原理方案原理x1x2F1F2在在相同的时间相同的时间内，两小车移内，两小车移动的距离分别为动的距离分别为:21112xa t22212xata1/ a2 = x1/x2测量测量出出 x1 、x2 1. 控制控制 m 不变不变，探究探究 a 与

14、与 F 的关系。的关系。2. 同理同理，控制控制 F 相同相同，探究探究 a与与 m 的关系。的关系。. . . 保持保持物体的物体的质量不变质量不变，测量物体在不同的力作用下的加速，测量物体在不同的力作用下的加速度，分析加速度与力的关系度，分析加速度与力的关系小车质量小车质量 M = g，车上砝码质量，车上砝码质量 m = g，小盘质量，小盘质量 M= g次次数数小车小车 1小车小车 212345位移位移x1/cm位移位移x2/cm(M + m2) (表示表示F2大小大小)盘中砝码盘中砝码m2300 0 10 5020304060盘中砝码盘中砝码m1 (M + m1) (表示表示F1大小大小

15、)70. . . F2 F1x2 /x1O次次数数1234x2x1F2F1结论：结论： m 一定一定时，时，a FaFa1a2. . . 为什么为什么 x2 /x1 可以可以表示表示小车小车 2 的加速的加速度度 a ? 为什么为什么 F2 / F1 可以可以表示表示小车小车 2 所受的所受的拉力拉力 F ?. . . 保持保持物体所受的物体所受的力相同力相同，测量不同质量的物体在该力作用，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关系下的加速度，分析加速度与质量的关系小车质量小车质量 M = g，小盘质量，小盘质量 m = g，盘中砝码质量，盘中砝码质量 M= g次次数数小车

16、小车1小车小车212345位移位移x1/cm位移位移x2/cmM + m2 车上砝码车上砝码m2300 6 50 10050150200250车上砝码车上砝码m1M + m1300小车小车 1 质量质量 M1小车小车 2 质量质量 M2. . . x2 /x1O次次数数1234M2 M1x2x1M2M1M1 M2M1M2a1a2x2 /x1Om1a结论：结论： F 一定一定时，时，a 1/m. . . 为什么为什么 x2 /x1 可以可以表示表示小车小车 2 的的加速度加速度 a ?为什么为什么M2 / M1可以可以表示小车表示小车2的质量的质量 m ?为什么为什么M1 / M2又又表示表示小

17、车小车 2 的的 1/m ?. . . （二）误差分析（二）误差分析1小车小车质量质量 m 应应比重物的质量比重物的质量m大得多，其原理将在后大得多，其原理将在后面的牛顿运动定律的应用中专门面的牛顿运动定律的应用中专门讨论。二者讨论。二者差距越小，图差距越小，图象线性越象线性越差。差。2夹口的密合夹口的密合性能，是性能，是造成误差的原因造成误差的原因之一。由于之一。由于小车的小车的质量和速度较大，夹子不易夹住小车的后拖线；有些时候质量和速度较大，夹子不易夹住小车的后拖线；有些时候夹子夹住一根拖线，而另一根未被夹住，对应小车仍向前夹子夹住一根拖线，而另一根未被夹住，对应小车仍向前运动，这些都是造

18、成位移误差的运动，这些都是造成位移误差的原因原因。3小车运动停止时不能与定滑轮小车运动停止时不能与定滑轮相碰。如果相碰。如果小车碰到定滑小车碰到定滑轮才松手让夹子夹住拖线，则与定滑轮相碰的小车位移偏轮才松手让夹子夹住拖线，则与定滑轮相碰的小车位移偏小，产生小，产生误差误差。. . . A. 用用天平称出小车和小桶及内部所装天平称出小车和小桶及内部所装砂子砂子的的质量质量B. 按按图装好实验器材图装好实验器材C. 把把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂砂桶轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂砂桶D. 将将电磁打点计时器接电磁打点计时器接在在 6 V电压的蓄电池上，接通电源，放电压的蓄电池上，接通电源，放开

19、小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，并在纸带上标明开小车，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小车质量E. 保持保持小桶及其中砂子的质量不变，增加小车上的砝码个数，小桶及其中砂子的质量不变，增加小车上的砝码个数，并记录每次增加后并记录每次增加后的的 M 值值，重复上述实验，重复上述实验F. 分析分析每条纸带，测量并计算出加速度的值每条纸带，测量并计算出加速度的值G. 作作aM关系图象，并由图象关系图象，并由图象确定确定 aM 的关系的关系实验步骤的考查实验步骤的考查例例1. 在用如图所示的在用如图所示的装置装置研究作用力研究作用力 F 一定一定时，小车的时，小车的加速度加速

20、度 a与小车与小车质量质量 M 的关系时，的关系时，某位同学设计的实验步骤如下：某位同学设计的实验步骤如下：. . . (1) 该该同学漏掉的重要实验步骤同学漏掉的重要实验步骤是是 ，该步骤应排该步骤应排在在 步步实验实验之后。之后。(2) 在在上述步骤中，有错误的上述步骤中，有错误的是是 ，应应把把 改改为为 。(3) 在在上述步骤中，处理不恰当的上述步骤中，处理不恰当的是是 ，应应把把 改改为为 。平衡摩擦力平衡摩擦力BD6 V的的蓄电池蓄电池6 V以下交流电压的学生电源以下交流电压的学生电源Ga1/MaM. . . 例例 2. 某某实验小组实验小组的同学在的同学在“探究探究加速度与物体的

21、质量以及加速度与物体的质量以及外力的关系外力的关系”的的实验中，当物体的质量一定时，分别根据实实验中，当物体的质量一定时，分别根据实验数据画出了不同的实验图象，验数据画出了不同的实验图象，如图如图所所示。则下列示。则下列说法中正说法中正确的确的是是 ( )数据处理的考查数据处理的考查A. 形成形成图甲的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大图甲的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大B. 形成形成图乙的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小图乙的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小C. 形成形成图丙的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大图丙的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大D. 形成形成图丁的原因是平衡摩擦力时长木板倾

22、角过小图丁的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小AD. . . 实验数据的处理实验数据的处理例例3. 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，实验装的实验中，实验装置如置如图所示。图所示。(1) 为为验证小车验证小车质量质量 M不不 变变时，时，a 与与 F 成正比。小车质量成正比。小车质量 M 和和沙及桶的沙及桶的质量质量 m 分别分别选取下列几组选取下列几组数值。应该数值。应该用哪组效果用哪组效果会会好好 () A. M500 g，m 分别为分别为 50 g、70 g、100 g、125 g B. M500 g，m 分别为分别为 20 g、30 g、40 g、50

23、 g C. M200 g，m 分别为分别为 50 g、70 g、100 g、125 g D. M200 g，m 分别为分别为 30 g、40 g、50 g、60 gB. . . (2) 有有两位同学通过测量两位同学通过测量作出作出 aF 图象，如图甲图象，如图甲、乙乙所所示。示。试试分析：分析：A 图线图线不通过坐标原点的原因是不通过坐标原点的原因是_；A 图线图线上部弯曲的原因是上部弯曲的原因是_；B 图线图线在纵轴上有截距的原因是在纵轴上有截距的原因是_。没有平衡摩擦力或摩擦力平衡不够没有平衡摩擦力或摩擦力平衡不够未满足沙和沙桶未满足沙和沙桶质量质量 m 远远小于小车的小于小车的质量质量

24、M平衡平衡摩擦力过度摩擦力过度. . . 探究加速度与力、质量的关系探究加速度与力、质量的关系1. 研究研究方法：方法：2. 数据处理数据处理方法：方法：3. 结论结论：控制变量法控制变量法图象法图象法a F a 1/m a F/m . . . 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，下列说法中的实验，下列说法中符合实际的是符合实际的是 ( ) A. 通过通过同时改变小车的同时改变小车的质量及质量及受到的受到的拉力的拉力的研究，能归纳出加研究，能归纳出加速度、力、质量三者之间的关系速度、力、质量三者之间的关系 B. 通过通过保持小车质量不变，只改变小车的拉力的

25、研究，就可保持小车质量不变，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以归纳出加速度、力、质量三者之间的关系 C. 通过通过保持小车受力不变，只改变小车质量的研究，就可以保持小车受力不变，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得出加速度、力、质量三者之间的关系 D. 先先不改变小车质量，研究加速度与力的关系；再不改变受不改变小车质量，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，最后归纳出加速度、力、质量力，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三者之间的关系D. . . 2. 2. 在在做做“探究加速度与

26、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装，准备接通电源后开始做实验，但他将实验装置如图所示安装，准备接通电源后开始做实验，但他的装置图中有两个明显的错误，请你指出来：的装置图中有两个明显的错误，请你指出来：（1 1） （2 2）没有平衡摩擦力没有平衡摩擦力打点计时器应使用低压交流电源打点计时器应使用低压交流电源. . . (1) 根据根据表中的数据表中的数据在在如如图所图所示示的的坐标坐标中中作出作出 aF 图象；图象；3某同学在某同学在“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，测的实验中，测得小车的得小车的加速度加速度 a 和拉力和拉力 F 的的数据如下表所示数据如下表所示：F/N0.200.300.400.500.60a/(ms2)90.400.51(2)图象的斜率的物理图象的斜率的物理意义是意义是_；(3)图象图象(或