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(1).ppt

第四章牛顿运动定律 第二节实验 探究加速度与力 质量的关系 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 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 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 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 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 f1 f2 m1 m2 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 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 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 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 g fn f f 一 测加速度法 一 实验装置 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 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 0 100 146 0 200 302 0 300 428 0 400 592 0 500 751 1 探究加速度与合力的关系 如何更直观地处理数据 2 探究加速度与质量的关系 三 实验结论 m一定时 a f f一定时 a 1 m 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 一 实验方案原理 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 x2 1 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 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 表示f2大小 盘中砝码m2 300010 50 20 30 40 60 盘中砝码m1 m m1 表示f1大小 70 结论 m一定时 a f a f 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 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 位移x1 cm 位移x2 cm m m2 车上砝码m2 300650 100 50 150 200 250 车上砝码m1 m m1 300 小车1质量m1 小车2质量m2 m2 m1 m1 m2 a 结论 f一定时 a 1 m 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 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 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 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 b d 6v的蓄电池 6v以下交流电压的学生电源 g a 1 m a m 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 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 60g b 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 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 fa 1 ma f m 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 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 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 2 图象的斜率的物理意义是 3 图象 或延长线 与f轴的截距的物理意义是 4 小车和砝码的总质量为 kg 小车和砝码的总质量的倒数 小车受到的阻力 1 4 如图所示 两个高1 2m左右的支架上 放着两条平行光滑铝合金导轨 且已调成水平状态 在光滑的导轨上放着两辆质量相等 性能一样的小车 1号车放在左边 系有一根通过木板右端的小定滑轮的细线 绳端有一小桶 桶中可放砝码 2号车在右端 系有一根通过木板左端的小定滑轮的细线 绳端有一相同的小桶 两辆车一开始被左 右两端的电磁铁吸住 电磁铁串联后接在6v的学生