《探究加速度与力、质量的关系》示范课教学PPT课件【高中物理必修1】

一、实验目的(1)理解用控制变量法探究物理规律。(2)进一步练习使用打点计时器、纸带数据的处理以及瞬时速度的计算。(3)全面正确地认识加速度与力、质量的关系。二、实验原理利用控制变量法(1)保持物体质量m不变，测定其加速度a在不同外力F作用下的值，确定a与F的关系。(2)保持物体所受外力F不变，测定质量m不同的物体的加速度a，确定a与m的关系。三、实验器材打点计时器、纸带及复写纸片、小车、一端附有定滑轮的长木板、小桶和砂、细绳、低压交流电源、两根导线、天平(带有一套砝码)、刻度尺、砝码。四、实验步骤(1)用天平测出小车和小桶的质量M0和m0，把数值记录下来。(2)按图5－2－1所示把实验器材安装好，只是不把悬挂小桶的细绳系在小车上(即不给小车加牵引力)。图5－2－1(3)平衡摩擦力：将长木板不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块，反复移动木块的位置，直至小车在木板上能匀速下滑，即打下的纸带点迹均匀，这时小车拖着纸带运动时受到的摩擦力恰好与小车的重力沿斜面的分力平衡。(4)把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂小桶。先接通电源再放开小车，打出一条纸带。取下纸带，在打点纸带上标上纸带号码。(5)保持小车与车中砝码的质量不变。在小桶内放入质量为m1的砂，重复步骤4。在小桶内分别放入质量为m2、m3、…的砂，再重复步骤4。m1、m2、m3…的数值都要记录在纸带上。(6)保持小桶和桶中细砂的质量不变，在小车上依次加放砝码，让小车在木板上运动并打出纸带，同时在打出的纸带上标上号码并记录每次实验在小车上加放砝码的个数。五、数据处理1．分析加速度和力的关系根据步骤4、5中打出的纸带，把小车受到的拉力m0g、(m0＋m1)g、(m0＋m2)g…以及用逐差法计算出的加速度，填在下表中：实验次数加速度a/(m·s－2)小车受力F/N1234由以上数据画出它的a－F关系图像如图5－2－2所示。通过a－F关系图像，我们可以得出小车的加速度a与力F成正比。图5－2－22．分析加速度和质量的关系根据步骤6中打出的纸带，把小车及砝码的质量、小车及砝码质量的倒数以及用逐差法计算出的加速度填在下表中：图5－2－33．实验结论(1)物体的加速度跟作用在物体上的力成正比。(2)物体的加速度跟物体的质量成反比。六、注意事项(1)安装器材时，要调整滑轮的高度，使拴小车的细绳与斜面平行，且连接小车和砂桶应在平衡摩擦力之后。(2)平衡摩擦力时不要挂重物，整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变桶和砂的质量，还是改变小车及砝码的质量，都不需要重新平衡摩擦力。(3)在小车及所加砝码的质量远大于砂和砂桶的总质量的条件下，砂和砂桶的总重力才可视为小车受到的拉力。(4)每次开始测量时小车应尽量靠近打点计时器(或尽量远离带滑轮的一端)，并应先接通电源，再放开小车，且在小车到达滑轮前应按住小车。(5)作图像时，要使尽可能多的点在所作直线上，并使不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线两侧。离直线较远的点是错误数据，可舍去不予考虑。七、误差分析1．系统误差实验中用所挂重物的重力代替小车受到的拉力，实际上小车受到的拉力要小于所挂重物的重力，存在系统误差。所挂重物的质量越小于小车的质量，误差越小；反之误差越大。2．偶然误差(1)质量的测量误差。(2)测量纸带上各点间的距离时产生误差。(3)绳或纸带与木板不平行造成的误差。(4)平衡摩擦力不准确造成的误差。实验装置如图5－2－4所示。在两条高、低不同的导轨上放置两辆小车，车的一端连接细绳，细绳的另一端跨过定滑轮挂一个小桶；车的另一端通过细线连到一个卡口上，它可以同时释放两辆小车。(1)保持两车质量相同，在两个小桶里放置质量不等的细砂。研究加速度与力之间的关系。(2)保持两小桶里的细砂质量相等，改变两辆小车的质量，研究加速度与质量之间的关系。由此，同样可找出a与F、m的关系。图5－2－4[例1]

在做“探究加速度与力、质量的关系”的实验时，下列说法中正确的是 (

)A．平衡摩擦力时，应将砂桶和砂子通过定滑轮拴在小车上B．连接砂桶和小车的细绳应跟长木板保持平行C．平衡摩擦力后，长木板的位置不能移动D．小车释放前应靠近打点计时器，且应先接通电源再释放小车[解析]探究加速度与力、质量的关系的实验中，需要平衡摩擦力，应使纸带穿过打点计时器的限位孔，但不能连接砂桶，A错；为保证绳上的拉力等于小车受到的合外力，连接砂桶和小车的细绳必须与长木板平行，B对；平衡摩擦力后，若改变了木板的位置，就破坏了mgsinθ＝μmgcosθ(θ为长木板倾角、m为小车质量)的关系，故C对；为使实验能得到较长的打点纸带，小车释放前应靠近打点计时器，且先接通电源再释放小车，D对。[答案]

BCD[例2]某组同学设计了“探究加速度a与物体所受合力F及质量m的关系”实验，图5－2－5甲为实验装置简图，A为小车，B为电火花计时器，C为装有细砂的小桶，D为一端带有定滑轮的长方形木板，实验中认为细绳对小车拉力F等于细砂和小桶的总重量，小车运动的加速度a可用纸带上打出的点求得。图5－2－5(1)图5－2－5乙为某次实验得到的纸带，已知实验所用电源的频率为50Hz。根据纸带可求出小车的加速度大小为________m/s2。(结果保留二位有效数字)图5－2－6(3)在“探究加速度a与合力F的关系”时，保持小车的质量不变，改变小桶中细砂的质量，该同学根据实验数据作出了加速度a与合力F的图线如图5－2－7，该图线不通过坐标原点，试分析图线不通过坐标原点的原因。图5－2－7图5－2－8(3)由a－F图线知F增大至某值时物体开始有加速度，说明实验前没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不充分。[答案]

(1)3.2

(2)乙图像见解析(3)实验前没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不充分。[例3]为了探究加速度与力的关系，使用如图5－2－8所示的气垫导轨装置进行实验。其中G1、G2为两个光电门，它们与数字计时器相连，当滑行器通过G1、G2光电门时，光束被遮挡的时间Δt1、Δt2都可以被测量并记录，滑行器连同上面固定的一条形挡光片的总质量为M，挡光片宽度为D，光电门间距离为s，牵引砝码的质量为m。回答下列问题：图5－2－8(1)实验开始应先调节气垫导轨下面的螺钉，使气垫导轨水平，在不增加其他仪器的情况下，如何判定调节是否到位？答：______________________________________。(2)若取M＝0.4kg，改变m的值，进行多次实验，以下m的取值不合适的一个是____________。A．m1＝5g