高中物理 第二课时 实验 探究加速度与力、质量的关系课件 新人教版必修1.ppt

第二课时实验 探究加速度与力 质量的关系 牛顿运动定律 赛车运动是一项非常刺激勇敢的运动项目 拥有一辆良好的赛车对比赛是非常重要的 尤其是赛车的加速性能 生产厂家总是不断地改变车的材料 改进发动机 以追求更优越的加速性能 提高赛车的加速性能应该从哪些方面入手呢 有什么依据 1 理解加速度与力的关系 通过实验探究此关系 2 理解加速度和质量的关系 知识清单 实验原理 方案 1 法 在探究加速度 力与质量三者关系时 先让其中一个量 来探究其他两个量之间的关系 2 探究加速度与力的关系 保持 不变 测量物体在 下的加速度 分析加速度与力的关系 3 探究加速度与质量的关系 保持 相同 测量 的物体在该力作用下的加速度 分析加速度与质量的关系 1 控制变量保持不变2 物体的质量不同力的作用3 物体所受的力不同质量 综合拓展 2 提供和测量物体所受的恒力设计的实验装置如下图所示 1 对此实验中力的理解 除了在真空中抛出或落下的物体 仅受重力 外 仅受一个力的物体几乎是不存在的 然而 一个单独的力的作用效果与跟它大小 方向都相同的合力的作用效果是相同的 因此 实验中力f的含义可以是物体所受的合力 2 平衡摩擦力 如上图所示 纸带穿过打点计时器 为了消除摩擦力对小车的影响 可将木板无滑轮的一端稍微垫高一些 用小车的重力的分力来抵消它所受到的摩擦力 直到小车不挂重物时能在木板上匀速运动为止 当挂上重物时 只要重物的质量远小于小车的质量 那么我们应可近似认为托盘和砝码所受的重力大小等于小车所受的合力的大小 增减盘中砝码的个数可改变小车所受到的合力 特别提示 整个实验平衡了摩擦力后 不管以后是改变托盘和砝码的质量 还是改变小车的质量 都不需要重新平衡摩擦力 让提供拉力的钩码 或沙和沙桶 的质量远小于小车的质量 可认为拉力f等于钩码 或沙和沙桶 的重力 尝试应用 1 在 探究加速度与力 质量的关系 实验中 为了平衡摩擦力 需要在长木板的下面垫一木块 木块垫在没有滑轮的一端 反复移动木块的位置 直到测出小车所拖纸带上的各个相邻计数点之间的距离都 为止 这时小车在斜面上所做的是 运动 小车拖着纸带运动时受到的摩擦力恰好与小车的 平衡 答案 相等匀速直线重力沿斜面向下的分力 2 在本实验中 下列说法中正确的是 a 平衡摩擦力时 小桶应用细线通过定滑轮系在小车上 但小桶内不能装砂 b 实验中无须始终保持小车和砝码的质量远远大于砂和小桶的质量 c 实验中需始终保持小车和砝码的质量与砂和小桶质量相差不多 d 平衡摩擦力时 小车后面的纸带必须连好 因为运动过程中纸带也要受阻力 d 知识清单 实验操作与数据处理 通过对小车运动的研究 来探究加速度与力 质量的关系 小车的质量可用 测定 如果小车上加砝码 质量就是 的总质量 小车前拴着细绳 细绳跨过定滑轮 下面吊着一个小桶 桶装砂 砂和小桶的总质量也可以用天平测定 知道砂和小桶的总质量可以算出它们受的总重力 当沙和小桶的总质量 小车的总质量时 这个重力就等于绳对小车的牵引力 当小车运动时 用打点计时器将车的运动情况记录下来 从相应纸带上可以求出小车运动的 保持 不变 改变 可以研究加速度和力的关系 天平小车本身和砝码远小于加速度小车总质量砂和小桶的总质量 我们以纵坐标表示 横坐标表示 根据实验数据画出相应点 做出加速度和力的关系图线 可以得出加速度正比于力的关系 如果保持 不变 在小车上加 减砝码 改变小车的总质量 可以研究 与 的关系 我们同样可以以纵坐标表示 横坐标表示运动 根据实验数据画出相应点 做出加速度和质量倒数关系图线 可以得出加速度正比于质量倒数的关系 小车运动加速度小车所受的牵引力砂和小桶的总质量加速度质量小车运动加速度物体质量的倒数 综合拓展 1 加速度与力的关系 1 数据处理方法一设计一个表格如下 把同一物体在不同力的作用下的加速度值填在表中 方法二为了更直观地判断加速度a与力f的数量关系 我们以加速度a为纵坐标 f为横坐标 建立如右图所示的坐标系 根据各组数据在坐标系中描点 2 实验数据分析在表格数据中比较各组数据中f a的值是否相等或接近相等 在af坐标系中 如果所描的点在一条过原点的直线上 说明a与f成正比 如果不是 则需进一步分析 2 加速度与质量关系 1 实验数据处理方法一设计一个表格如下 把不同物体的质量 加速度填入表格 方法二因若 a与m成反比 实际上就是 a与成正比 所以我们建立以a为纵坐标 为横坐标的坐标系 建立右图所示的坐标系 根据各组数据在坐标系中描点 2 实验数据分析 在表格数据中比较各组数据中ma是否相等 或接近相等 在a 坐标系中 如果所描的点是一条过原点的直线上 说明a与m成反比 如果不是 则需进一步分析 特别提示 实验中用图象处理数据 可直观看到两个物理量之间的关系 并有效减小误差 并排除错误数据 将 a与m成反比 用 a与成正比 代替是一种技巧 便于寻找关系 尝试应用 1 若测得某一物体m一定时 a与f的关系的有关数据资料如下表 1 根据表中数据 画出a f图象 2 从图象中可以判定 当m一定时 a与f的关系为 答案 1 画出的af图象如下图所示 2 由图象可知a与f成正比关系 2 在用实验探究加速度与质量的关系时 下列对数据的分析我们常采用的是 a 以a为纵坐标 m为横坐标 建立坐标系 如果a m图象是一条经过原点的直线 则a与m成反比b 以a为纵坐标 m为横坐标 建立坐标系 如果a m图象是一条双曲线 则a与m成反比c 以a为纵坐标 为横坐标 建立坐标系 如果a 图象是一条双曲线 则a与m成反比d 以a为纵坐标 为横坐标 建立坐标系 如果a 图象是一条过原点的直线则a与m成反比 d 实验原理及方法 实验 在 探究加速度与力 质量的关系 的实验中 为验证小车质量m不变时 a与f成正比 小车质量m和砂及桶的质量m分别选取下列几组数值 应该用哪组效果会好 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 所以 为减小实验误差应使m m 为此选b组数值误差较小 所画的af图线就会比较准确 答案 b名师点睛 在解答实验题时 要回忆做过的实验 尤其是实验原理 变式应用 1 如图所示是某次利用气垫导轨 验证牛顿运动定律 的实验装置安装完毕后的示意图 图中a为沙桶和沙 b为定滑轮 c为滑块及上面添加的砝码 d为纸带 e为电火花计时器 f为蓄电池 电压为6v g是电键 请指出图中的三处错误 答案 1 b接滑块的细线应水平 或与导轨平行 2 c滑块离电火花计时器太远 3 e电火花计时器用的是220v的交流电 不能接直流电 1 2 3 实验操作及数据处理 若测得某一物体m一定时 a与f的关系的有关数据资料如下表所示 1 根据表中数据 画出a f图象 2 从图象可以判定 当m一定时 a与f的关系为 解析 1 根据表中所给数据 利用描点法作出af图象 如右图所示 2 由图象可知af成正比关系 答案 1 如上图 2 正比名师点睛 若a与f成正比 则图象是一条过原点的直线 同时因实验中不可避免地出现误差 研究误差产生的原因 从而减小误差增大实验的准确性 在误差范围内图线是一条过原点的直线即可 连线时应使直线过尽可能多的点 不在直线上的点应大致对称分布在直线两侧 离直线较远的点应视为错误数据 不予考虑 变式应用 2 探究加速度与物体质量 物体受力的关系 的实验装置如图甲所示 1 在平衡小车与桌面之间摩擦力的过程中 打出了一条纸带如图乙所示 计时器打点的时间间隔为0 02s 从比较清晰的点起 每5个点取一个计数点 量出相邻计数点之间的距离 该小车的速度a m s2 结果保留两位有效数字 2 平衡摩擦力后 将5个相同的砝码都放在小车上 挂上砝码盘 然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中 测量小车的加速度 小车的加速度a与砝码盘中砝码总重力f的实验数据如下表 请根据实验数据在图丙中作出a f的关系图象 3 根据提供的实验数据作出的a f图线不通过原点 请说明主要原因 答案 1 0 16 0 15也算对 2 如下图所示 3 未计入砝码盘的重力 水平测试 1 在研究物体的 加速度 作用力和质量 三个物理量的关系时 我们用实验研究了小车 在质量一定的情况下 加速度和作用力的关系 又研究了 在作用力一定的情况下 加速度和质量之间的关系 这