人教物理必修一实验探究加速与力质量的关系

人教物理必修一实验探究加速与力质量的关系第1页/共36页利用视频《动漫定性实验》，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。第2页/共36页1.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。3.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。学习重点：1.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。3.实验数据的分析与处理。学习难点：1.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。第3页/共36页1.播放素材视频《动漫定性实验》的内容。2.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。第4页/共36页复习回顾1.速度是描述物体运动状态的物理量；加速度是描述物体运动状态变化快慢的物理量。3.加速度的大小与物体受力大小有关。加速度的大小与物体的质量大小有关。2.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。即力是产生加速度的原因。第5页/共36页一、实验目的1.探究加速度与力的定量关系。2.探究加速度与质量的定量关系。二、实验原理采用控制变量法1.当质量一定时，研究加速度与合外力的关系a∝F合。2.当力一定时，研究加速度与质量的关系a∝1/m。第6页/共36页mF1mF2F1<F2m2Fm1<m2m1F结论：当物体质量一定时，物体的加速度随着力的增大而增大。结论：当力的大小一定时，物体的加速度随着质量的增大而减小。注意：这里的力指的是物体所受的合外力控制变量法第7页/共36页明确几个问题:2.如何由实验得出结论?1.怎么设计这个实验?测量哪些量?怎么测量?

a、F、m

求出物体所受的合力m：a:F:天平？数据处理m不变时，a与

F关系F

不变时，a与m

关系第8页/共36页三、实验设计实验方案一：测加速度法实验方案二：设计对比实验第9页/共36页钩码纸带打点计时器小车小车:打点计时器:测量小车运动过程中的加速度钩码：重力提供拉力研究对象，可用天平称其质量合力F=?GFNFf一、测加速度法（一）实验装置第10页/共36页1.合外力在什么时候等于线的拉力？2.线的拉力在什么时候等于钩码的重力？平衡摩擦力：将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，直至小车在斜面上运动时以保持匀速运动状态，这时小车受到的摩擦力(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)恰好与小车所受的重力在斜面方向上的分力平衡。理论计算表明：在钩码质量远小于小车质量时，线的拉力近似等于钩码的重力。第11页/共36页（二）实验步骤1.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，纸带另一端穿过计时器限位孔，调整木板倾斜程度，平衡摩擦力。3.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，测出一组数据。4.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。第12页/共36页F/Na/m·s-20.150.300.450.600.7500.10.20.30.40.5当小车质量不变时次数F/Na/m·s-2123450.100.1460.200.3020.300.4280.400.5920.500.7511.探究加速度与合力的关系如何更直观地处理数据？第13页/共36页m/kga/m·s-20.20.40.60.81.000.20.40.60.81.01.2当拉力不变时次数m/kga/m·s-2123451/m(kg-1)2.502.001.331.000.830.4000.8610.5000.6920.7500.4701.0000.3521.2000.2902.探究加速度与质量的关系1/m(kg-1)a/m·s-20.20.40.60.81.000.51.01.52.02.5第14页/共36页（三）实验结论m一定时，a∝FF一定时，a∝1/mF/Na/m·s-20.150.300.450.600.7500.10.20.30.40.51/m(kg-1)a/m·s-20.20.40.60.81.000.51.01.52.02.5第15页/共36页不变保持力方案二：设计对比实验设计方案保持小车质量不变第16页/共36页（一）实验方案原理x1x2F1F2在相同的时间内，两小车移动的距离分别为:a1/

a2=x1/x2测量出x1、x21.控制m

不变，探究a

与F

的关系。2.同理，控制F

相同，探究a与m的关系。第17页/共36页保持物体的质量不变，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小车质量M=

g，车上砝码质量m=

g，小盘质量M′=

g次数小车1小车212345位移x1/cm位移x2/cm(M′+m2)

(表示F2大小)盘中砝码m23000105020304060盘中砝码m1(M′+m1)

(表示F1大小)70第18页/共36页F2/F1x2/x1O次数1234x2x1F2F1结论：m一定时，a∝FaFa1a2第19页/共36页为什么x2/x1可以表示小车2的加速度a

?为什么F2/F1可以表示小车2所受的拉力F

?第20页/共36页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，分析加速度与质量的关系小车质量M=

g，小盘质量m=

g，盘中砝码质量M′=

g次数小车1小车212345位移x1/cm位移x2/cmM+m2

车上砝码m230065010050150200250车上砝码m1M+m1300小车1质量M1小车2质量M2第21页/共36页x2/x1O次数1234M2/M1x2x1M2M1M1/M2M1M2a1a2x2/x1Om1a结论：

F一定时，a∝1/m第22页/共36页为什么x2/x1

可以表示小车2的加速度a

?为什么M2/M1可以表示小车2的质量m?为什么M1/M2又表示小车2的1/m?第23页/共36页（二）误差分析1．小车质量m

应比重物的质量m′大得多，其原理将在后面的牛顿运动定律的应用中专门讨论。二者差距越小，图象线性越差。2．夹口的密合性能，是造成误差的原因之一。由于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，这些都是造成位移误差的原因。3．小车运动停止时不能与定滑轮相碰。如果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小，产生误差。第24页/共36页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C.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6V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，并记录每次增加后的M

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G.作a－M关系图象，并由图象确定a－M

的关系实验步骤的考查例1.在用如图所示的装置研究作用力F一定时，小车的加速度a与小车质量M的关系时，某位同学设计的实验步骤如下：第25页/共36页(1)该同学漏掉的重要实验步骤是

，该步骤应排在

步实验之后。(2)在上述步骤中，有错误的是

，应把

改为

。(3)在上述步骤中，处理不恰当的是

，应把

改为

。平衡摩擦力BD6V的蓄电池6V以下交流电压的学生电源Ga－1/Ma－M第26页/共36页例2.某实验小组的同学在“探究加速度与物体的质量以及外力的关系”的实验中，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，如图所示。则下列说法中正确的是(

)数据处理的考查A.形成图甲的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大B.形成图乙的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小C.形成图丙的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大D.形成图丁的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小AD第27页/共36页实验数据的处理例3.在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，实验装置如图所示。(1)为验证小车质量M不变时，a与F

成正比。小车质量M

和沙及桶的质量m

分别选取下列几组数值。应该用哪组效果会好(

)A.M＝500g，m

分别为50g、70g、100g、125gB.M＝500g，m

分别为20g、30g、40g、50gC.M＝200g，m

分别为50g、70g、100g、125gD.M＝200g，m

分别为30g、40g、50g、60gB第28页/共36页(2)有两位同学通过测量作出a－F

图象，如图甲、乙所示。试分析：A

图线不通过坐标原点的原因是______________________________________；A

图线上部弯曲的原因是____________________________________________；B图线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未满足沙和沙桶质量m远小于小车的质量M平衡摩擦力过度第29页/共36页探究加速度与力、质量的关系1.研究方法：2.数据处理方法：3.结论：控制变量法图象法a∝F

a∝1/ma∝F/m第30页/共36页1．关于“探究加速度与力、质量的关系”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及受到的拉力的研究，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D第31页/共36页2.在做“探究加速度与力、质量的关系”的实验时，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，但他的装置图中有两个明显的错误，请你指出来：（1）

（2）没有平衡摩擦力打点计时器应使用低压交流电源第32页/共36页(1)根据表中的数据在如图所示的坐标中作出a－F图象；3．某同学在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，测得小车的加速度a和拉力F的数据如下表所示：F/N