高中物理 4.2实验：探究加速度与力和质量的关系（1）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 学点1加速度与力的关系 1 控制变量法在研究物体的加速度与它受的力 它的质量间的关系时 因为涉及到三个物理量 为了研究问题的方便 可采取分别使一个量不变 而研究另外两个量之间关系的方法 这种方法叫做控制变量法 2 探究加速度与力的关系 实验思路 保持物体的质量m一定 测量物体在不同力f作用下的加速度a 分析a与f的关系 实验数据的分析 设计如下的表格 记录数据 在图4 2 1所示坐标上 作出a f图象 分析图像 若图象是过原点的直线 则a f由此得出 在质量一定的情况下 加速度跟力成正比 图4 2 1 学点2加速度与质量的关系 1 保持物体所受的力f一定 测量不同质量m的物体在力f作用下的加速度a 分析a与m的关系 2 实验数据的分析 设计如下的表格 记录数据 猜想 f相同 m越大 a越小 是否是 a与m 成反比或 a与m2 成反比 从简单入手 若a与m成反比 则a与1 m成正比 所以 建立a 1 m坐标系 作a 1 m图象 如图4 2 2所示 分析 若图象是过原点的直线 则a与m成反比 由图得 a与1 m成正比 与m成反比 图4 2 2 注意 作图象时 应使尽可能多的点在直线上 不在直线上的点均匀分布于直线两侧 偏离太大的点应舍弃掉 例1 用如图4 2 3所示的装置研究在作用力f一定时 小车的加速度a与小车质量m的关系 某位同学设计的实验步骤如下 a 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关系 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 图4 2 3 1 平衡摩擦力b 2 d6v电压的蓄电池6v以下交流电压的学生电源 3 ga ma 1 m 实验中把小桶及其中砂子的重力看做与小车所受拉力大小相等 没有考虑摩擦力 故必须平衡摩擦力 电磁打点计时器接在6v电压的蓄电池上将无法工作 必须接在6v以下交流电压的学生电源上 作a m关系图象 得到的是双曲线 很难作出正确的判断 必须 化曲为直 改作a 1 m关系图象 1 在探究a与f m关系的实验中 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 但小桶内不能装砂子b 实验中无需始终保持小车和砝码的质量远远大于砂子和小桶的质量c 实验中如用纵坐标表示加速度 用横坐标表示小车和车内砝码的总质量 描出相应的点在一条直线上时 即可证明加速度与质量成反比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到阻力 d 学点3制定实验方案和实验数据的处理 1 本实验有三个需测量的物理量 a f m 质量可用天平测量 a与f如何测量 怎样测量 或比较 物体的加速度a 若为初速度为零的匀加速直线运动 测量位移x和时间t 由a 2x t2计算 b 用打点计时器打纸带 由纸带上的点求出 根据 x at2 测出a c 不测a的数值 测量不同情况下物体的加速度比值 若两个初速度为零的匀加速运动 在相同时间内位移为x1 x2 则a1 a2 x1 x2 图4 2 4 怎样提供和测量物体所受的恒力下面是一种方法 如图4 2 4所示 取两个质量相同的小车放在光滑水平面上 小车的前端各系上细绳 绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘 2 实验的数据处理可以采用计算法和图象法两种不同的方法 计算法 测得加速度或加速度之比 等于位移之比 后 通过计算看看是否满足a1 a2 f1 f2 a1 a2 m2 m1 图象法 测得加速度后 以拉力f为横坐标 加速度a为纵坐标 描绘a f图象 看看图象是否为过原点的倾斜直线 以1 m为横坐标 加速度a为纵坐标 描绘a 1 m图象 想想看 为什么不是描绘a m图象 看看图象是否为过原点的倾斜直线 或者在测得加速度之比 等于位移之比 后 以两车拉力之比f2 f1为横坐标 加速度之比a2 a1为纵坐标 描绘图象 看看图象是否为过原点的倾斜直线 以质量之比m1 m2为横坐标 加速度之比a2 a1为纵坐标 描绘图象 看看图象是否过原点的倾斜直线 盘中放有数目不等的砝码 使两个小车自静止开始在不同拉力作用下匀加速运动 小车所受拉力f的大小可以认为等于砝码和盘所受重力的大小 保证小车质量比砝码和盘质量大得多 小车后端系上细绳 用一只夹子夹住 以同时控制两小车 使两车同时运动 同时停止 分别测出两小车的位移x和受力f的大小 据x 1 2 at2知 在时间t相同的前提下 x a 通过实验分析从而得出a与f的关系 提示 利用图象处理数据的优点 1 直观地看出两个物理量间的关系 2 有效减小实验误差 并排除实验中的错误数据 3 结论 当m不变时 得到的a f图象如图4 2 5所示 图象表明 当m一定时 在误差范围内 a与f成正比 当f不变时 得到的a 1 m图象如图4 2 5乙所示 图象表明 当f一定时 在误差范围内 a与m成反比 图4 2 5 1 打点计时器必须使用交流电源 不能使用干电池 为保证细绳对小车的拉力作为小车所受的合力 实验前必须平衡摩擦力 该装置却没有平衡摩擦力 为了在纸带上打下更多的点 实验时小车的初始位置离打点计时器不可太远 2 可用逐差法求加速度为a x34 x12 4t2 4 04 1 63 1 63 10 2 4 0 12 m s2 0 195m s2 例2 用如图4 2 6所示的装置 探究 加速度与力 质量的关系 的实验中 1 某同学在接通电源进行实验之前 将实验器材组装如图4 2 6所示 请你指出该装置中错误或不妥之处 2 改正实验装置后 该同学顺利地完成了实验 图4 2 7是他在实验中得到的一条纸带 图中相邻两计数点之间的时间间隔为0 1s 由图中的数据可算得小车的加速度a m s2 应接交流电源 实验中没有平衡小车的摩擦力 小车的初始位置离打点计时器太远 图4 2 6 图4 2 7 0 195 打点计时器工作时不应接干电池 2 为了探究加速度与力 质量的关系 现提供如图4 2 8所示的器材 a为小车 b为电火花计时器 c为装有砝码的小桶 d为一端带有定滑轮的长方形木板 实验中认为细绳对小车的拉力f等于砝码和小桶的总质量 请思考探究思路并回答下列问题 1 为了消除小车与水平木板之间摩擦力的影响应采取什么做法 2 在探究加速度与质量的关系时 保持砝码和小桶的质量不变 改变小车的质量m 分别得到小车的加速度a与质量m的数据如下表 图4 2 8 图4 2 9 根据上述实验数据 用计算机绘出a m图象如图4 2 9所示 1 把木板的右端 或安装电火花计时器的那端 适当垫高 以平衡摩擦力 2 如图所示 3 实验前未平衡摩擦力或平衡摩擦力不充分 通过对图4 2 9的观察 可猜想在拉力f一定的情况下 a与m的关系可能是 a m 1 a m 2 a m 3 为了验证猜想 请在图4 2 9乙中作出最能直观反映a与m之间关系的图象 图4 2 10 3 在探究加速度与力的关系时 保持小车的质量不变 改变小桶中砝码的质量 该同学根据实验数据作出了加速度a与力f的图线如图4 2 10所示 该图线不通过坐标原点 试分析图线不通过坐标原点的原因是 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 电火花计时器 b 天平 c 秒表 d 交流电源 e 电池 f 纸带 g 细绳 砝码 钩码 滑块 可骑在气垫导轨上 h 气垫导轨 一端带定滑轮 i 毫米刻度尺 j 小型气泵 1 实验应选用的器材有 实验研究的对象 2 本实验分两大步骤进行 1 某学生在做 探究加速度与力 质量的关系 的实验时 在平衡摩擦力时把长木板的一端垫得过高 使得倾角偏大 他所得到的a f关系图象应是下列哪一个 a是小车的加速度 f是细线作用于小车的拉力 c 研究f一定时a与m的关系 abdfghij 骑在气垫导 轨上的滑块 研究m一定时a与f的关系 3 用斜面 小车 小盘 砝码 打点计时器等做 探究加速度与力 质量的关系 的实验中 得到如图4 2 11所示的纸带 相邻计数点间的时间间隔为t 且x1 x2 x3 x6已测量出 1 a x6 x5 x4 x3 x2 x1 9t2 2 没有平衡摩擦力或平衡摩擦力时 木板与水平面