探究加速度与力、质量.ppt

牛顿第一定律,从牛顿第一定律你能做出那些思考？,物体运动状态改变的原因是什么,运动状态变化,速度变化,加速度,力,力是产生加速度的原因,影响物体加速度的因素？,生活实例,物体的加速度与物体所受外力以及物体的质量有关,事实说明：m 一定时，F 大，加速度大 F 一定时，m 大，加速度小,a、F、m 间的定性关系？,基于简单的原则,m 一定时，F 大，加速度大,F 一定时，m 大，加速度小,学会用控制变量法研究物理规律； 学会探究加速度与力、质量的关系的方法； 掌握灵活运用图象处理物理问题的方法,一、实验目的：,二、实验方法：控制变量法,A、m一定时，a与F的定量关系,B、F一定时，a与m的定量关系,实验设计,问题1,如何测量加速度？,问题2,如何测量小车受到的拉力？,问题3,如何减小摩擦力的影响？,问题2：如果此时给物体加上一个沿斜面向 下的力F，那物体现在受到的合外 力是多少？,问题1：如图一个木块正在倾角为为的 三角斜面上匀速下滑，试求斜面 的动摩擦因数。,f,合力就是F,我们将长木板倾斜一定角度，如果是 此时物体在斜面上受到的合外力为0。做实验时肯定无法这么准确，做实验时肯定无法这么准确，我们只要把木板倾斜到物体在斜面上大致能够匀速下滑（可以根据纸带上的点来判断）,如何来平衡摩擦力？,三、实验器材 打点计时器、纸带、复写纸片、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘、砝码、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平(带有一套砝码)、刻度尺、坐标纸 四、实验步骤 1用天平测出小车和小盘的质量M和M，把数值记录下来 2按照如图所示装置把实验器材安装好，只是不把 悬挂小盘的细线系在小车 上(即不给小车加牵引力),3平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块，反复移动木板的位置，直至小车在斜面上运动时可以保持匀速运动状态，这时小车拖着纸带运动时受到的摩擦力恰好与小车所受重力在斜面方向上的分力平衡 4把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂小盘，先接通电源再放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列的点打点完成后切断电源，取下纸带，在纸带上标上纸带号码,5保持小车及车内砝码的质量不变，在小盘内放入质量为m的砝码，重复步骤4.在小盘内分别放入质量为m，m，的砝码，再重复步骤4.m，m，m的数值都要记录在纸带上(或表格内) 6在每条纸带上都选取一段比较理想的部分，标明计数点，测量计数点间的距离，算出每条纸带上的加速度的值 7用纵坐标表示加速度，横坐标表示力，根据实验结果在坐标平面上画出相应的点若这些点在一条直线上，便证明了加速度与作用力成正比,8保持砝码和小盘的质量不变，在小车上依次加砝码(也需作好记录)，重复上述步骤，用纵坐标表示加速度a，横坐标表示小车砝码总质量的倒数，在坐标平面上根据实验结果画出相应的点，如果这些点是在一条直线上，就证明加速度与质量成反比 五、数据处理 1把小车在不同力作用 下产生的加速度填在下表中：,由以上数据画出它的aF关系图象如图所示 通过aF关系图象，我们可以得出小车的加速度a与力F成正比 2把不同质量的小车在相同力作用下产生的加速度填在下表中：,由以上数据画出它的a图象，如图所示六、误差分析1质量的测量误差，纸带上打点计时器打点间隔距离的测量误差，拉线或纸带不与木板平行等都会造成误差,2因实验原理不完善造成误差 本实验中用小盘和砝码的总重力代替小车受到的拉力(实际上小车受到的拉力要小于小盘和砝码的总重力)，存在系统误差 小盘和砝码的总质量越接近小车的质量，误差就越大；反之，小盘和砝码的总质量越小于小车的质量，误差就越小,3平衡摩擦力不准造成误差 在平衡摩擦力时，除了不挂小盘外；其他的都跟正式实验一样(比如要挂好纸带，接通打点计时器)，匀速运动的标志是打点计时器打出的纸带上各点的距离相等,七、注意事项 1一定要做好平衡摩擦力的工作，也就是调出一个合适的斜面，使小车的重力沿着斜面方向的分力正好平衡小车受的摩擦阻力在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细线系在小车上，即不要给小车加任何牵引力，并要让小车拖着打点的纸带运动 2实验步骤2、3不需要重复，即整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变小盘和砝码的总质量还是改变小车和砝码的总质量，都不需要重新平衡摩擦力,3每条纸带必须在满足小车与车上所加砝码的总质量远大于小盘和砝码的总质量的条件下打出只有如此，小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力 4改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，再放开小车，且应在小车到达滑轮前按住小车,5作图象时，要使尽可能多的点分布在所作直线上，不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线两侧 6作图时两轴标度比例要选择适当，各量须采用国际单位，这样作图线时，坐标点间距不至于过密，误差会小些,（1）用天平测出小车和小盘的质量 M 和m，并把 数据记录下来(要求：M m) 说明：M 为小车以及小车上的砝码的总质量 m 为小盘以及小盘上的砝码的总质量,注意:只有当小车的质量远大于小盘和砝码的总质量时,小车所受拉力F才近似等于盘和砝码的总重力. 即M m时，F=mg,（1）用天平测出小车和小盘的质量 M 和m，并把 数据记录下来(要求：M m),（2）按实验装置图把实验器材安装好，但不要把 悬挂小盘的细绳系在小车上,（3）平衡摩擦力,（4）把细绳系在小车上，并绕过定滑轮，先接通 电源再放开小车，取下纸带，并标注牵引力,（5）保持小车质量不变，在小盘内放入质量为m1 的小物体，重复上述实验,（6）重复上述实验多次后，停止实验，整理器材,数据处理,在上述实验的每条纸带上都选取一段比较理想（一般舍头去尾）的部分，选择计数点，测量相应的位移，计算打每条纸带的加速度 ai ( i = 1、2、)，并记录在表格中,数据处理,用纵坐标表示加速度 a，横坐标表示牵引力F 作a F 图象,0.20,0.30,0.40,0.50,0.60,0.30,0.10,0.15,0.21,0.26,a F 图象是一条过原点的倾斜直线,a F,加速度 a 与物体的质量 m 的关系,实验设计,保持小车所受合外力不变，改变小车的质量 m，分析加速度 a 与质量 m 的关系,（1）用天平测出小车质量 M ，并把数据记录下来,（2）按实验装置图把实验器材安装好，但不要把 悬挂小盘的细绳系在小车上,（3）平衡摩擦力,（4）把细绳系在小车上，并绕过定滑轮，先接通 电源再放开小车，取下纸带，标注小车质量,（5）保持小盘质量不变，在小车增加砝码质量为 m1，重复上述实验,（6）重复上述实验多次后，停止实验，整理器材,数据处理,在上述实验的每条纸带上都选取一段比较理想（一般舍头去尾）的部分，选择计数点，测量相应的位移，计算打每条纸带的加速度 ai ( i = 1、2、)，并记录在表格中,数据处理,问题1,a m 为曲线能否说明 a 与m 成反比？,问题2,如何进步研究？,m,m,说明：在牵引力一定时， a 与m 成反比,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。,实验方案,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 ？,实验方案,质量保持不变,合外力保持不变,探究加速度与力的关系,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,位移x1/cm,位移x2/cm,(M+m2)/g (表示F2大小),盘中砝码质量m2/g,300 0 10,50,20,30,40,60,盘中砝码质量m1/g,(M+m1)/g (表示F1大小),70,探究加速度与力的关系,F,a,探究加速度与质量的关系,(M+m1)/g,(M+m2)/g,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,车上砝码质量m1/g,位移x1/cm,100,50,150,200,250,车上砝码质量m2/g,位移x2/cm,小车1质量M1,小车2质量M2,300,探究加速度与质量的关系,M2 / M1,M1 / M2,a,探究牛顿第二定律的实验方法,方法三,实验装置如图,小车位移s由气垫导轨一侧刻度尺直接读出 小车运动时间t由电子计时器测出,问题,如何实现变量控制？,【注】小车加速度的计算式：,气垫导轨：,探究牛顿第二定律的实验方法,方法四,实验装置如图,小车附载遮光板的宽度s由刻度尺直接读出 遮光板通过光电门的时间t由电子计时器测出 分别计算出遮光板通过光电门的速度