实验：探究加速度与力和质量的关系.ppt

法拉利F2003-GA赛车与 著名战斗机“飓风2000” 思考： 物体加速度a和哪些因素有关？ 你是怎么知道的？ 第二节 心动 不如行动 1、物体受到的合外力不为零是物体产生 加速度的原因，即力是物体产生加 速度的原因。 回忆分析 2、质量也将决定物体加速度的大小。 加速度大小与物体受力大小有关 加速度还与物体质量有关 质量一定时，受力越大，其加速度越大(正 比) 受力一定时，质量越小，其加速度越大 。 这里的力指物体所受合力 明确几个问题: 1.实验要说明什么问题? 3.如何由实验得出结论? 2.怎么设计这个实验? a与F关系? a与m关系? 1.测量哪些量? 2.怎么测量? 数据处理 控制一个量 不变 a、F、m m： a: F: 天平 打点计时器 物体所受的 合力 研究方法：控制变量法 保持物体的质量不变，测量物体在不同 作用下的加速度，分析加速度与合外力 的关系。 保持物体所受力合外力相同，测量不同 质量的物体在该力下的加速度，分析加 速度与质量的关系。 制定实验方案、设计实验 小车、打点计时器、纸带、 学生电源、一端带滑轮的长木板、细 线、刻度尺、天平、钩码 2.物体的质量用测量天平 1.怎样测量物体的加速度？ 3.怎样给小车提供一个恒定的合力？ 实验器材 ： 实验实验 装置 图图 宜昌市何老师理科教室 例： 平衡摩擦力 将长木板不带滑轮一端适当垫高，使 小车的重力沿斜面向下的分力与摩擦 力平衡。 怎样就算平衡好摩擦力了？ 4.如何测定小车受到的合力？ 5.绳子拉力大小?钩码的重力。小于 6.什么情况下，绳子拉力近似等于 钩码重力即小车所受的合力？ 理论计算发现：当钩码质量比小车质量 小很多时（ ），绳子拉力近似等 于钩码重力即小车所受的合力 测加速度法 方案一 ： 实验实验 装置 图图 方案一： 宜昌市何老师理科教室 实验探究 1.探究加速度与合力的关系 实验基本思路：保持小车的质量不变， 测量小车在不同作用下的加速度，分析 加速度与合力的关系。 做实验 、得数据、填表格一、 作图象、进行分析、形成结论 怎样改变合力？ F/ / N a/ms -2 0.15 0.30 0.45 0.60 0.75 0 0. 1 0.2 0.3 0.4 0.5 当小 车质 量不 变时 次数F/N a/m s -2 1 2 3 4 5 0.10 0.146 0.20 0.302 0.30 0.428 0.40 0.592 0.50 0.751 如何更如何更 处理数处理数 据？据？ 直观地直观地 2.探究加速度与质量的关系 实验基本思路：保持小车所受合力相同，测量 不同质量的小车在该力下的加速度，分析加速 度与质量的关系。 做实验 、得数据、填表格二、 作图象、交流分析、形成结论 怎样改变小车的质量？ 宜昌市何老师理科教室 m/ / kg a/ms -2 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 a/ms -2 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 /kg -1 m 1 当 拉 力 不 变 时 次数 m/kga/m s -2 1 2 3 4 5 /kg -1 2.50 2.00 1.33 1.00 0.83 m 1 0.400 0.861 0.500 0.692 0.750 0.470 1.000 0.352 1.200 0.290 实验须知 ： 1.平衡摩擦力 2.小车开始时要靠近打点计时器 3. 探究a与F关系时，可在小车上放 两个的钩码,F=mg g=9.8m/s2 4.小车质量m= g，各种钩码质 量看标注 5.打点计时器打点周期T=0.02s 心动 不如行动 方案二： 比较法 宜昌市何老师理科教室 方案二：以小车、一端带滑轮的长木板 、粗线、砝码、钩码、天平、刻度尺、宽 口夹子为实验器材，研究小车的运动。 注意：只有当盘和砝码的质量要比小车的 质量小得多时，小车所受拉力才近似等于 盘和砝码的总重力。 1.怎样测量（或比较）物体的加速度？ 2.怎样提供和测量物体所受的拉力F ？ 1、控制m相同，探讨加速度a与F的关系 实验方案原理：如图所示 x1 x2 F1 F2 F1, F2，在相同 的时间内: x1= a1t2 x2 = a2t2 a1/ a2=x1/x2 测量出x1 、x2 2、控制F相同，探讨加速度a与m的关系 宜昌市何老师理科教室 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,小车上砝码质量m= g,小盘质量M= g 次 数 小车1小车2 1 2 3 4 5 位移 x1/cm 位移 x2/cm (M+m2) （g） (表 示F2大小) 盘中砝码 m2（g ） 300 0 10 50 20 30 40 60 盘中砝码 m1（g） (M+m1) （g） (表 示F1大小) 70 F2 / / F 1 x2 /x1 0 次 数 1 2 3 4 x2 x1 F2 F1 F a a1 a2 为什么x2 /x1可以表示小车2的a？ 为什么F2 / / F1可以表示小车2的F? 思考： 宜昌市何老师理科教室 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2 1 2 3 4 5 (M+m1)(M+m2) 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 300 6 50 车上砝 码m1（g ） 位移 x1/cm 100 50 150 200 250 车上砝码 m2（g） 位移 x2/cm 小车1质量M1小车2质量M2 300 x2 /x1 0 次 数 1 2 3 4 M2 / / M1 x2 x1 M2 M1 M1 / / M2 M1 M2 a m 1 a1 a2 为什么x2 /x1可以表示小车2的a？ 为什么M2 / / M1可以表示小车2的M? 为什么M2 / M1又表示小车2的1/M? 思考： 小结 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 aF a1/m 1整个实验实验 平衡了摩擦力后，不管以后是 改变变小盘盘和砝码码的质质量还还是改变变小车车和砝 码码的质质量，都不需要重新平衡摩擦力平衡 摩擦力是指使小车车所受动动力(小车车重力沿斜 面方向的分力)与小车车所受阻力(包括小车车所 受摩擦力和打点计时计时 器对对小车车之后所拖纸纸 带带的摩擦力)大小相等平衡摩擦力时时，应应 在小车车后拖上纸带纸带 ，先接通电电源，再用手 给给小车车一个初速度，若在纸带纸带 上打出的点 的间间隔是均匀的，则则表明平衡了摩擦力，否 则则必须须重新调调整小木板的位置 实验注意事项 2平衡摩擦力后，每次实验时实验时 必须满须满 足在 小 车车上所加砝码码的质质量远远大于砝码码和小盘盘的总总 质质 量的条件下进进行只有如此，砝码码和小盘盘的 总总 重力才可视为视为 与小车车受到的拉力相等 3改变变拉力和小车质车质 量后，每次开始时时小 车应车应 尽量靠近打点计时计时 器(或尽量远远离定滑 轮轮的一端)，并应应先接通电电源，再放开小车车 ，且在小车车到达定滑轮轮前应应按住小车车 4各纸带纸带 的加速度a，都应应是该纸带该纸带 的平 均加速度 5作图图象时时，要使尽可能多的点在所作直 线线上，不在直线线上的点应应尽可能对对称分布 在所作直线线的两侧侧 1小车质车质 量m应应比重物的质质量m大得多， 其原理将在后面的牛顿顿运动动定律的应应用中 专门讨论专门讨论 二者差距越小，图图象线线性越差 2夹夹口的密合性能差是造成误误差的原因之 一由于小车车的质质量和速度较较大，夹夹子不 易夹夹住小车车的后拖线线；有些时时候夹夹子夹夹住 一根拖线线，而另一根未被夹夹住，对应对应 小车车 仍向前运动动，这这些都是造成位移误误差的原因 3小车车运动动停止时时不能与定滑轮轮相碰，如果 小车车碰到定滑轮轮才松手让夹让夹 子夹夹住拖线线，则则 与定滑轮轮相碰的小车车位移偏小，产产生误误差 误差分析 用如下图所示的装置研究在作用力F一定时，小车的加速度a 与小车质 量M的关系，某位同学设计 的实验 步骤如下： 宜昌市何老师理科教室 A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6 V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aM关系图象，并由图象确定aM关系 (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_ 【解析】 实验中把小桶及其中砂子的重力看做与小车所 受拉力大小相等，没有考虑摩擦力，故必须平衡摩擦力 电磁打点计时器接在6 V电压的蓄电池上将无法工作，必须 接在6 V以下交流电压的学生电源上作aM关系图象，得 到的是双曲线，很难作出正确的判断，必须“化曲为直” ，改作a关系图象 【答案】 (1)该同学漏掉的重要实验 步骤是平衡摩擦力，该 步骤应 排在按图装好实验 器材即B步实验 之后 (2)在上述步骤中，有错误 的是步骤D，应把6 V电压 的蓄电池 改为6 V以下交流电压 的学生电源 (3)在上述步骤中，处理不恰当的是步骤G，应把aM改为a 宜昌市何老师理科教室 在探究加速度和力的关系时，我们使用了两个完全相同的小车， 水平拉小车的绳的另外一端分别挂有不同数目的钩码 ，设钩码 的数 目与对小车的拉力成正比，且操作符合实验 要求试根据下表中记 录的信息(表中小车位移单位为m)，得出加速度和力的关系. 实验实验 次数 第一 次 第二 次 第三 次 项项目钩码钩码 数目 位移 x 钩码钩码 数目 位 移x 钩码钩码 数目 位 移x 小车车 1 10.1110.1120.23 小车车 2 20.2330.3430.35 【解析】 由于两小车的运动可近似看成是初速度为零的匀加 速运动，两个小车运动的时间 t相同，由位移公式xat2可知，加 速度和位移成正比关系，也就是说，要知道加速度和力的关系 怎样，只需得出位移和力的关系由第一组数据可以知道，拉力 之比为12，在误差允许的范围内，位移之比为，近似为12.同样分 析另外两组数据，会得出同样的结论 ，即拉力和位移成正比，也就 是说加速度和力成正比关系 【答案】 加速度和力成正比 某实验 小组的几名同学在探究加速度与物体的质量以及外力关 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，如下图所示，下列说法中正确的是( ) 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 【解析】 根据图象可分析，甲、乙两图中，当外力F 0时加速度a0，则说 明F0时已经有加速度， 这说 明木板倾角过大木板的倾角越大，小车获 得的动力就越大， 越容易出现甲、乙两图所对应 的情况，因此选项 A正确丙、丁两图 中，当加速度a0时外力F0，即拉力不为零时加速度却仍为零，这说 明还有摩擦力没有平衡掉，因此木板倾角过小，选项 D正确 【答案】 AD 例3：若测得某一物体受力F一定时，a与M 的关系数据如下表所示 a/(ms2)2.042.663.233.98 M/kg2.001.501.251.00 例4实验：在“探究加速度与力、质量的关系 ”的实验中，实验装置如下图(1)所示 宜昌市何老师理科教室 (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 ( ) AM500g，m分别为 50g、70g、100g125g BM500g，m分别为 20g、30g、40g、50g CM200g，m分别为 50g、70g、100g125g DM200g，m分别为 30g、40g、50g、60g (2)有两位同学通过测 量作出aF图象，如 上图(2)所示甲、乙中的A、B图线 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 _ 答案：(1)B (2)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 平衡摩擦力时，长木板倾角过大，小车沿 斜面向下分力大于摩擦力，使尚未对小车施 加力时，小车已有加速度 解析：实验时，需要物体的质量远小于小车 的质量，效果才显著自然界中存在摩擦的 影响，所以，要平衡摩擦力，这样画出的应 是过原点的一条倾斜向上的直线为减小实 验误差应使Mm，为此选B组数值误差较小 ，所画的aF图线就会比较准确 规律总结：(1)实验原理中设定为光滑水平面 情形，所以实验中应平衡摩擦力，若未平衡 摩擦力或平衡不当就会带来系统误差 (2)实验中若把沙和沙筒所受的重力mg当做 小车和砝码(总质量为M)所受的拉力，须满 足mM的条件，这个条件越不满足，所带 来的系统误差也就越大 例5某同学用如左下图所示的装置探究物体 的加速度与作用力的关系时，他把砝码的总 重力作为小车的拉力，并依次测出了小车 的加速度，然后画出了如右下图所示的图象 ，该图 象虽是一条直线，但不通过坐标原 点请你分析一下原因，应如何改进实验 才能使实验 得出的结果通过坐标原点？ 答案：由题图可知，当拉力从0增到F0的过程 中，物体的加速度为零，说明小车处于静止 状态，因此必然存在一个力与拉力大小相等 、方向相反，这个力一定是小车受到的摩擦 力可以使木板的一端抬高，使小车在木板 上做匀速运动，这样就可以消除摩擦力对实 验图象的影响 一、加速度与力的关系 保持物体的_不变，测量物体在不同的力的作用 下的_，分析_与_的关系 课时训练 二、加速度与质量的关系 1实验的基本思路，保持物体所受的力相同，测量不同_的 物体在该力作用下的_，分析_与_的关 系 2实验数据的分析，设计第二个表格，把不同物体在_的作 用下的加速度填在表中在相同力的作用下，质量m越大，加速度a越 小这可能是_，但也可能是_，甚至是更复杂的 关系如果以_为纵坐标、_为横坐标建立坐标系 ，根据a1/m图象是不是_，就能判断加速度a是不是与质量 m成反比 三、制定实验方案的两个问题 这个实验需要测量的物理量有：物体的加速度、物体所受的 力、物体的质量_可以用天平测量，本实验主要 解决的主要问题是怎样测量_和怎样提供与测量 _ 自主校对：一、质量 加速度 加速度 力 二、1.质量 加速度 加速度 质量 2.相同 力 “a与m成反比” “a与m2成反比” a 1/m 过原点的直线 三、质量 加速度 物体所受的力 1在用实验 探究加速度和力、质量的关系 时，下列关于实验 的思路和数据分析，正确 的是( ) A实验 的基本思想是：保持物体的质量不 变，测量物体在不同力作用下的加速度，分 析加速度与力的关系 B实验 的基本思想是：保持物体所受力相 同，测量质量不同的物体在该力作用下的加 速度，分析加速度与质量的关系 C在处理实验 数据时，以a为纵 坐标，F 为横坐标，根据数据在坐标系中描点，若 这些点在一条过原点的直线上，说明a与F 成正比 D在处理实验 数据时，以a为纵 坐标，m 为横坐标，根据数据在坐标系中描点，若 这些点在一条过原点的直线上，