实验：探究加速度与力、质量的关系.ppt

3.2 实验：探究加速度与力 、 质量的关系 1、探究加速度与力的关系 2、探究加速度与质量的关系 3、掌握利用图象处理数据的方法 教学目标 复习回顾 1、牛顿第一定律： 一切物体总保持匀速直线运动或静止状态，除非作用在 它上面的力迫使它改变这种状态为止。 2、惯性体现物体运动状态改变的难易程度，其大小由 什么决定？ 物体的质量是惯性大小的唯一量度。质量越大，运动 状态越不容易改变。 赛 车 思考： 1、物体的加速度a可能和哪些因素有关? M F m F Mm 结论：当力一定时，物体的加速度随着质量的增大而减小。 M F1 M F2 F1F2 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。 2、加速度a与力F 、质量m存在怎样的定量关系呢? m一定， a F； F一定， a1/m。 假设和猜想： 一、确定研究方法 应该采用什么样的物理方法来研究a与F、m的定量关 系呢? 保持m不变，研究a与F的关系; 保持F不变，研究a与m的关系。 研究方法：控制变量法 二、实验设计 实验器材:打点计时器、纸带及复写纸、小车、一端附 有定滑轮的长木板、小盘和砝码、细绳、低 压交流电源、天平(带有一套砝码)、刻度尺 。 研究对象，可 用天平测出其 质量M 钩码的质量m，其 总重力G当作小车 受到的拉力F 从打点计时器打 出的纸带计算出 小车的加速度a 1、怎样测小车所受到的拉力？ 2、怎样消除小车受到的摩擦力影响？ 当钩码质量m远远小于小车的质量M时, 即m M，可认为钩码重力近似等于绳 子拉力，用以表示小车受到的合外力F. 平衡摩擦力 G G1 FN f G1=f. 将木板适当倾斜（垫上薄木块） ，使小车在不受拉力作用时（不挂钩码，但要连接纸 带）能拖着纸带在木板上近似做匀速直线运动. 实验条件： 平衡摩擦力的方法 ： 当钩码质量m远远小于小车的质量M,即m M时，可认为钩码 重力近似等于绳子拉力，用以表示小车受到的合外力F 思考：平衡摩擦力f后。如果仅改变小车的质量，还需要再次平 衡摩擦力吗？ 实验步骤: 1.用天平测出小车的质量M; 2.安装好实验装置，在小车上装好纸带（不挂钩码）， 纸带另一端穿过计时器限位孔，调整木板倾斜程度， 直到小车拖着纸带做匀速直线运动，从而平衡摩擦力; 3.控制小车质量不变，用细线将钩码与小车相连，打 开打点计时器，释放小车，测出一组数据; 4.改变钩码质量m（钩码质量远小于小车质量），多 测几组数据; 5.控制钩码质量不变，改变小车质量（不需再平衡摩擦 力），再测几组数据. 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 6、数据处理 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 如何更直观地处 理数据？ 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 次数m/kga/m.s -2 1 2 3 4 5 /kg -1 2.50 2.00 1.33 1.00 0.83 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 0.400 0.861 0.500 0.692 0.750 0.470 1.000 0.352 1.200 0.290 当拉力不变时 m 1 怎样化曲 线为直线 ？ 注 意 事 项 (1)在本实验中，必须平衡摩擦力，方法是将长木板的一 端垫起，而垫起的位置要恰当在位置确定以后，不能再 更换倾角 (2)改变m和M的大小时，每次小车开始释放时应尽量靠近 打点计时器，而且先通电再放小车 (3)作图时，要使尽量多的点在直线上，不在直线上的点 应对称分布在直线的两侧，误差较大的舍去. 注意：如果采用气垫导轨，则不需平衡摩擦力； 如果有力传感器等可以直接测出细线拉力的装置，不需满 足m M的条件. 其他设计方案 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。 光电门1光电门2 挡光板 x X/t 参考方案三:利用气垫导轨来探究 *20 光电门 数字计时器 气垫导轨 例题：实验后根据实验数据作出了aF关系图线 如图甲、乙所示；请分析其原因各是什么？ 甲 乙 没加拉力就产生了加速度，说明 导轨有定滑轮的一端低，另一端 高，即平衡摩擦力时导轨与水平 面的夹角太大。 当加一定的拉力后，还没产生加 速度，说明有较大的摩擦力影响 ，说明还没有平衡摩擦力或是平 衡摩擦力不足。 1按实验要求装置好器材后，应按一定步骤进行实验， 下列操作步骤的安排顺序不尽合理，请按合理的顺序将字 母代号填写在下面横线上_ A保持砂桶里砂子的质量不变，在小车里加砝码，测出 加速度，重复几次 B保持小车质量不变，改变砂桶里砂子的质量，测出加 速度，重复几次 DCEBAGF C用天平测出小车和小桶的质量 D平衡摩擦力，使小车近似做匀速直线运动 E挂上小桶，放进砂子，接通打点计时器的电源，放开 小车，在纸带上打下一系列的点 F根据测量的数据，分别画出a-F和a-m图象 G在每条已打点的纸带上，选取比较理想的部分，算出 加速度 2如图是某些同学根据实验数据画出的图象，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 AD 3关于力和运动的关系,下列说法中正确的是 ( ) A.物体的速度不断增大,表示物体必受力的作用 B.物体的位移不断增大,表示物体必受力的作用 C.物体朝什么方向运动,则这个方向上物体必受力的作用 D.物体的速度大小不变,则其所受的合力必为零 A 4、某次实验用打点计时器交流电的频率为50Hz，纸带的记 录如图4-2-9所示，图中前几个点模糊，因此从A点开始每 打五个点取一个计数点，其中B、C、D、E点的对应速度 vB= m/s, vC= m/s, vD= m/s, vE= m/s，由此测得小车的加速度a= m/s2 0.2530.328 0.403 0.478 0.75 5图为“探究加速度与力、质量的关系”实验中用打点 计时器打出的一条较理想的纸带，纸带上A、B、C、D、E 、F、G为七个相邻的计数点，相邻计数点间的时间间隔 为0.1 s，各计数点间距离如图中所示，单