高中物理 4.2 实验 探究加速度与力 质量的关系课件 新人教版必修1.ppt

2实验 探究加速度与力 质量的关系 观察视频思考问题1 描绘速度变化快慢的物理量是谁 2 两辆车哪一个启动的快 1 用大小不同的力去推小车 哪一个速度变化得快 2 用相同的力去推空车和满载的车 哪一个速度变化得快 物体的速度发生了改变 就是说物体产生了 加速度 加速度的大小与什么因素有关呢 思考与交流 力大的 空车 1 理解加速度大小与力有关 也与质量有关 2 通过实验探究加速度与力和质量的关系 重点 3 理解控制变量法 4 学会用图像寻找规律 物体的加速度a与所受到的合外力f 物体质量m有怎样的定量关系 研究方法 控制变量法 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 探究方案一 实验装置图 实验器材 小车 打点计时器 纸带 一端带滑轮的长木板 细线 砝码 砝码 小盘 刻度尺 天平 实验提醒 1 小车质量的测量用 2 打点计时器的用途是 打出纸带 测量计算小车的加速度 天平 结合实验装置 请讨论 1 怎样改变和测量小车与砝码的质量 通过增减砝码的个数改变研究对象的质量 可以用天平称出总质量 2 小车和砝码受到的外力是由什么提供的 怎样改变和测量外力的大小 外力是由小桶和细砂的重力提供的 通过增减桶中细砂的多少来改变质量 通过天平测出质量 利用g mg计算力的大小 3 小车在运动时要受到摩擦力 如何克服摩擦力呢 砝码重力近似等于绳子拉力 用以表示小车受到的合外力f g g1 fn f g1平衡摩擦力f g2 4 怎样从纸带记录的数据算出被研究对象的加速度 在纸带上标记出几个计数点 利用 x at2计算加速度 为保证结果的准确性 可多选几个计数点 采用逐差法计算加速度 实验步骤 1 用天平测出小车和砝码的总质量m 小盘和砝码的总质量m 把数值记录下来 2 按如图所示把实验器材安装好 只是不把悬挂小盘的细绳系在车上 即不给小车施加牵引力 3 平衡摩擦力 在长木板不带定滑轮的一端下面垫一块木板 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直线运动状态 这时 小车拖着纸带运动时受到的摩擦阻力恰好与小车所受的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 打完点后切断电源 取下纸带 在纸带上标上纸带号码 5 保持小车和砝码的质量不变 在小盘里放入适量的砝码 把小盘和砝码的总质量m 记录下来 重复步骤4 在小盘内再放入适量砝码 记录下小盘和砝码的总质量m 再重复步骤4 6 重复步骤5两次 得到三条纸带 7 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 8 用纵坐标表示加速度a 横坐标表示作用力f 作用力的大小f等于小盘和砝码的总重力 根据实验结果在坐标平面上画出相应的点 如果这些点是在一条过原点的直线上 便证明了加速度与作用力成正比 9 保持小盘和砝码的质量不变 在小车上加砝码 重复上面的实验 用纵坐标表示加速度a 横坐标表示小车和砝码总质量的倒数 根据实验结果在坐标平面上画出相应的点 如果这些点是在一条过原点的直线上 就证明了加速度与质量成反比 实验过程赏析 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到的摩擦阻力 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 作图像时 要使尽可能多的点分布在所作直线上 直线外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 这样作图时 坐标点间距不至于过密 误差会小些 实验中为什么不做a m的图像呢 化曲为直是物理上常用的方法之一 通过演示实验我们看到物体受到同样的力作用时 m越大a越小 我们猜测它们最简单的关系是成反比 也就是a与成正比 由于验证a m图像是否为双曲线太麻烦 不如看是否为过原点的直线简单直观 所以不做a m图像 科学方法 实验方案二 对比法实验器材 小车 一端带滑轮的长木板 粗线 砝码 小盘 天平 刻度尺 宽口夹子 实验原理 在实验中 我们可以根据两个小车的运动时间相同 结合运动学公式 得到加速度的比值等于运动位移的比值 在实验中我们就可以不必求出加速度而是直接求位移的比就可以表示加速度的比值关系 从而使实验数据的处理变得简单 直观 实验数据处理1 加速度与力的关系 保持小车质量不变 2 加速度与质量的关系 保持拉力不变 探究实验结论 物体的加速度和物体所受到的合外力有什么关系 和自身的质量有什么关系 典例1 实验后根据实验数据作出了a f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 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 典例2 物理小组在一次探究活动中测量滑块与木板之间的动摩擦因数 实验装置如图所示 一表面粗糙的木板固定在水平桌面上 一端装有定滑轮 木板上有一滑块 其一端与电磁打点计时器的纸带相连 另一端通过跨过定滑轮的细线与托盘连接 打点计时器使用的交流电源的频率为50hz 开始实验时 在托盘中放入适量砝码 滑块开始做匀加速运动 在纸带上打出一系列小点 1 下图给出的是实验中获取的一条纸带的一部分 0 1 2 3 4 5 6 7是计数点 每相邻两计数点间还有4个打点 图中未标出 计数点间的距离如图所示 根据图中数据计算的加速度a 保留三位有效数字 2 回答下列两个问题 为测量动摩擦因数 下列物理量中还应测量的有 选填入所选物理量前的字母 a 木板的长度lb 木板的质量m1c 滑块的质量m2d 托盘和砝码的总质量m3e 滑块运动的时间t 测量 中所选定的物理量时需要的实验器材是 3 滑块与木板间的动摩擦因数 用被测物理量的字母表示 重力加速度为g 与真实值相比 测量的动摩擦因数 选填 偏大 或 偏小 写出支持你的看法的一个论据 解析 1 a 0 497m s2 2 要测动摩擦因数 就要测出滑块受到的拉力和滑块质量 测质量就需要天平 3 根据牛顿第二定律m3g m2g m2 m3 a得 这样测出的动摩擦因数比真实值偏大 因为纸带和打点计时器间还有摩擦 计算时忽略掉 导致结果偏大 0 a m 1 实验方法 控制变量法2 图像法处理实验数据技巧 1 在 探究加速度与力 质量的关系 的实验中 关于平衡摩擦力的说法中正确的是 a 平衡摩擦力 的本质就是让小车受到的摩擦力为零b 平衡摩擦力 的本质就是使小车所受的重力沿斜面方向的分力与所受到的摩擦阻力相平衡c 平衡摩擦力 的目的就是要使小车所受的合力等于所挂砝码通过细绳和滑轮对小车施加的拉力d 平衡摩擦力 是否成功 可根据小车拖动的由打点计时器打出的纸带上的点迹间距是否均匀来确定 bcd 2 在 探究加速度与力 质量的关系 的实验中备有下列器材 a 打点计时器 b 天平 c 秒表 d 低压交流电源 e 电池 f 纸带 g 细绳 砝码 小车 小盘 h 薄木板 i 装有细砂的小桶其中多余的器材是 缺少的器材是 解析 多余的器材是秒表 电池 缺少的是刻度尺 一端带滑轮的长木板 答案 c e刻度尺 一端带滑轮的长木板 3 如图所示是根据探究加速度与力的关系的实验数据描绘的a f图像 下列说法正确的是 a 三条倾斜直线所对应的小车与砝码的质量相同b 三条倾斜直线所对应的小车与砝码的质量不同c 直线1所对应的小车与砝码的质量最大d 直线3所对应的小车与砝码的质量最大 bd 4 在 探究加速度与力 质量的关系 的实验中 1 某小组得到一条打点的纸带 相邻计数点间的时间间隔