高中物理实验：探究加速度与力、质量的关系ppt课件

1、高中物理必修1人教版,第四章 牛顿运动定律,2实验：探究加速度与力、质量的关系,目标定位,1实验器材,2实验原理：实验的基本思想控制变量法,预习导学,想一想：实验中小车的加速度怎样得到,答案通过打点计时器打出纸带，利用逐差法计算出 小车的加速度,交流电源、刻度尺、天平,1) 质量 作用力 (2) 作用力 质量,一、实验方案的设计,课堂讲义,1三个物理量的测量方法体会近似法点,研究对象,放在“光滑”“水平面”上的小车,1)小车质量的测量：利用天平测出，在小车上增减砝码可改变小车的质量,2)拉力的测量：当小桶和砂的质量远小于小车质量的情况下，可以认为小桶和砂的重力近似等于小车所受的拉力(合外力)，

2、即Fmg,3)加速度的测量：由纸带根据公式xaT2，结合逐差法计算出小车的加速度,课堂讲义,2实验数据的处理方法图象法、“化曲为直”法,1)研究加速度a和力F的关系,以加速度a为纵坐标，以力F为横坐标，根据测量数据描点，然后作出图象,如图422所示，若图象是一条通过原点的直线，就能说明a与F成正比,图422,课堂讲义,2)研究加速度a与质量m的关系,如图423所示，因为am图象是曲线，检查am图象是不是双曲线，就能判断它们之间是不是反比例关系，但检查这条曲线是不是双曲线，相当困难,图423,二、实验步骤,课堂讲义,1用天平测出小车的质量M，并把数值记录下来,2按图424所示的装置把实验器材安装

3、好(小车上先不系绳,3平衡摩擦力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫一木块，反复移动木块位置，直到轻推小车在斜面上运动时可保持匀速直线运动为止(纸带上相邻点间距相等,课堂讲义,4在小桶里放入适量的砂，通过细绳系在小车上，在小车上加放适量的砝码，用天平测出小桶和砂的质量m，记录下来接通电源，放开小车，待打点计时器在纸带上打好点后取下纸带，并设计表格如下,5.保持小车的质量不变，改变砂和小桶的质量，按步骤4再做5次实验,6在每条纸带上选取一段比较理想的部分，算出每条纸带对应的加速度的值，填入表格中,课堂讲义,7用纵坐标表示加速度，横坐标表示作用力，根据实验结果画出小车运动的aF图象，从而得出aF的关系

4、,三、误差分析,课堂讲义,四、注意事项,1实验中小车靠近打点计时器且应先接通电源后释放小车,2在平衡摩擦力时，不要悬挂小桶，但小车应连着纸带且接通电源用手轻轻地给小车一个初速度，如果在纸带上打出的点的间隔均匀，表明小车受到的阻力跟它受到的重力沿斜面向下的分力平衡,3改变砂的质量过程中，要始终保证砂桶(包括砂)的质量远小于小车的质量,4作图时应使所作的直线通过尽可能多的点，不在直线上的点也要尽可能的对称分布在直线的两侧，但若遇到个别偏离较远的点可舍去,课堂讲义,例1】 用如图425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

5、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6 V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aM关系图象，并由图象确定aM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425,课堂讲义,A用天平称出小车和小桶及内部所

6、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6 V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aM关系图象，并由图象确定aM关系,必须平衡摩擦力,交流电,例1】 用如图425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

7、车上并绕过定滑轮悬挂砂桶； D将电磁打点计时器接在6 V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aM关系图象，并由图象确定aM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_,课堂讲义,图425,平衡摩擦力,B,步骤D,6 V电压的蓄电池,6 V以下交流电压的学生电源,步骤G,aM,课堂

8、讲义,解题发挥,平衡摩擦力的方法,将不带定滑轮的一端适当垫高，在不挂托盘情况下，使小车带动着纸带(打点计时器打点时)，沿长木板恰好做匀速直线运动,目的,使托盘与砝码的重力等于小车受到的合力,课堂讲义,例2】在“探究加速度与力、质量的关系”活动中，某小组设计了如图426所示的实验装置图中上下两层水平轨道表面光滑，两小车前端系上细线，细线跨过滑轮并挂上砝码盘，两小车尾部细线连到控制装置上，实验时通过控制装置使两小车同时开始运动，然后同时停止 (1)在安装实验装置时，应调整滑轮的高度，使_；为减小系统误差，应使砝码盘和砝码的总质量_(选填“远大于”“远小于”或“等于”)小车的质量 (2)本实验通过比

9、较两小车的位移来比较小车加速度的大小，能这样比较，是因为_,图426,平行,细线与轨道平行(或水平,远小于,整体,小车,两小车从静止开始做匀加速直线运动，运动时间相等,课堂讲义,3)实验中获得数据如下表所示：小车、的质量均为200 g,在第1次实验中小车从A点运动到B点的位移如图427所示，请将测量结果填到表中空格处通过分析，可知表中第_次实验数据存在明显错误，应舍弃,图427,0.50 cm,23.86 cm,23.36,对比数据,3,3注意,课堂讲义,1)牛顿第一定律所描述的是物体不受外力作用时的状态，与物体所受合外力为零是等效的,2)牛顿第一定律不是实验定律，它是在理想实验的基础上总结得

10、出的,例3】“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图428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428乙所示计时器打点的时间间隔为0.02 s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加速度大小a_m/s2.(结果保留两位有效数字,课堂讲义,图428,T0.1 s,x13.52 cm x23.68 cm x33.83 cm,x2x1a1T2 x3x2a2T2,0.16,2)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

11、下表： 请根据实验数据在图429中作出aF的关系图象 (3)根据提供的实验数据作出的aF图线不通过原点，请说明主要原因,课堂讲义,图429,砝码盘的重力为F0,截距,课堂讲义,借题发挥,实验中作出的aF图象有时不过原点,主要原因是,实验中没有考虑砝码托盘的质量，误将砝码的重力等于拉力F，或是平衡摩擦力时垫得太高了，会出现图象甲的情况,砝码托盘的重力或平衡摩擦过度的力,实验中没有平衡摩擦力或摩擦力平衡不充分，会出现图象乙的情况,摩擦力或平衡摩擦不足部分,在探究加速度与力、质量的关系实验中，小车及车中砝码的质量用M表示，盘及盘中砝码的质量用m表示，小车的加速度可由小车后拖动的纸带打上的点计算出 (1)当M与m的大小关系满足_时，才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘及盘中砝码的重力 (2)一组同学在做加速度与质量的关系实验时，保持盘及盘中砝码的质