202X_202X版新教材高中物理第四章第2节实验：探究加速度与力、质量的关系课件新人教版必修第一册

1、第第2节实验：探究加速度与力、质量的关系节实验：探究加速度与力、质量的关系一、实验目的一、实验目的1.学会用控制变量法探究物理规律。学会用控制变量法探究物理规律。2.探究加速度与力、质量的关系。探究加速度与力、质量的关系。3.掌握利用图像处理数据的方法。掌握利用图像处理数据的方法。二、实验方案的设计二、实验方案的设计1.实验思路实验思路采用控制变量法：在探究加速度与力、质量三者关系时，先让其采用控制变量法：在探究加速度与力、质量三者关系时，先让其中一个量保持不变来探究其他两个量之间的关系。如图所示，将中一个量保持不变来探究其他两个量之间的关系。如图所示，将小车置于水平木板上，通过滑轮与槽码相连

2、，小车在槽码的牵引小车置于水平木板上，通过滑轮与槽码相连，小车在槽码的牵引下运动。下运动。(1)加速度与力的关系：保持小车质量不变，通过改变槽码的个数改变小车所受加速度与力的关系：保持小车质量不变，通过改变槽码的个数改变小车所受的拉力。测得不同拉力下小车运动的加速度，分析二者之间的定量关系。的拉力。测得不同拉力下小车运动的加速度，分析二者之间的定量关系。(2)加速度与质量的关系：保持小车所受的拉力不变，通过在小车上增加重物改加速度与质量的关系：保持小车所受的拉力不变，通过在小车上增加重物改变小车的质量。测得不同质量的小车在拉力下运动的加速度，分析二者之间的变小车的质量。测得不同质量的小车在拉力

3、下运动的加速度，分析二者之间的定量关系。定量关系。2.实验器材实验器材 打点计时器、纸带、复写纸片、小车、一端附有定滑轮的长木板、槽码、砝码打点计时器、纸带、复写纸片、小车、一端附有定滑轮的长木板、槽码、砝码、夹子、细绳、交流电源、导线、天平、夹子、细绳、交流电源、导线、天平(带有一套砝码带有一套砝码)、刻度尺。、刻度尺。3.物理量的测量物理量的测量三、实验步骤三、实验步骤1.安装器材：按如图所示将实验器材安装好安装器材：按如图所示将实验器材安装好(小车上不系绳小车上不系绳)。2.用天平分别称出小车和槽码的质量。用天平分别称出小车和槽码的质量。3.阻力补偿：把木板无滑轮的一端下面垫一薄木板，反

4、复移动其位置，使小车在不阻力补偿：把木板无滑轮的一端下面垫一薄木板，反复移动其位置，使小车在不挂槽码的情况下，能沿木板做匀速直线运动挂槽码的情况下，能沿木板做匀速直线运动(纸带上相邻点的间距相等纸带上相邻点的间距相等)。4.把小车停在打点计时器处，挂上槽码，先接通电源，再让小车拖着纸带在木板上匀把小车停在打点计时器处，挂上槽码，先接通电源，再让小车拖着纸带在木板上匀加速下滑，打出一条纸带，纸带记录了小车的运动情况，取下纸带并在纸带上标上加速下滑，打出一条纸带，纸带记录了小车的运动情况，取下纸带并在纸带上标上编号及此时所挂槽码总重力编号及此时所挂槽码总重力mg。注意操作先后顺序注意操作先后顺序5

5、.加速度与力的关系：保持小车的质量不变，改变槽码的个数，重复步骤加速度与力的关系：保持小车的质量不变，改变槽码的个数，重复步骤4，多做几，多做几次实验，并记录好相应纸带的编号及所挂槽码的总重力。次实验，并记录好相应纸带的编号及所挂槽码的总重力。6.加速度与质量的关系加速度与质量的关系 (1)保持小车所受的合外力不变，在小车上加砝码，接通电源后放开小车，用纸带记保持小车所受的合外力不变，在小车上加砝码，接通电源后放开小车，用纸带记录小车的运动情况；取下纸带，并在纸带上标上号码及小车和砝码的总质量录小车的运动情况；取下纸带，并在纸带上标上号码及小车和砝码的总质量m1。 (2)继续在小车上增加砝码，

6、重复步骤继续在小车上增加砝码，重复步骤(1)，多做几次实验，在每次实验得到的纸带上，多做几次实验，在每次实验得到的纸带上标上编号及小车和砝码的总质量标上编号及小车和砝码的总质量m2、m3。7.求小车的加速度求小车的加速度a，将得到的数据填入相应表格中，以便进行数据处理。，将得到的数据填入相应表格中，以便进行数据处理。四、数据处理四、数据处理1.把小车在不同力作用下产生的加速度填在表中：把小车在不同力作用下产生的加速度填在表中：以以a为纵坐标、为纵坐标、F为横坐标，根据数据作为横坐标，根据数据作aF图像，通过拟合测量点，作出图像找图像，通过拟合测量点，作出图像找出规律，分析出规律，分析a与与F的

7、关系。的关系。物理量物理量123456作用力作用力F 加速度加速度a 2.把不同质量的小车把不同质量的小车(小车和砝码小车和砝码)在相同力的作用下产生的加速度大小填在表中：在相同力的作用下产生的加速度大小填在表中：五、实验结论五、实验结论1.保持物体质量不变时，物体的加速度保持物体质量不变时，物体的加速度a与所受力与所受力F成正比。成正比。2.保持力保持力F不变时，物体的加速度不变时，物体的加速度a与质量与质量m成反比。成反比。六、误差分析六、误差分析1.系统误差：本实验用槽码的总重力系统误差：本实验用槽码的总重力mg代替小车受到的拉力，而实际上小车所受的拉代替小车受到的拉力，而实际上小车所受

8、的拉力要小于槽码的总重力。槽码的总质量越接近于小车的质量，误差越大；反之，槽力要小于槽码的总重力。槽码的总质量越接近于小车的质量，误差越大；反之，槽码的总质量越小于小车的质量，由此引起的误差就越小。因此，满足槽码的总质量码的总质量越小于小车的质量，由此引起的误差就越小。因此，满足槽码的总质量远小于小车的质量就是为了减小因实验原理不完善而引起的误差。远小于小车的质量就是为了减小因实验原理不完善而引起的误差。2.偶然误差：阻力补偿不准确、质量测量不准确、计数点间距测量不准确、纸带和细偶然误差：阻力补偿不准确、质量测量不准确、计数点间距测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差。绳不严格与木

9、板平行都会引起误差。七、注意事项七、注意事项1.阻力补偿时不要挂重物，整个实验阻力补偿后，不管以后是改变槽码的质量还是改阻力补偿时不要挂重物，整个实验阻力补偿后，不管以后是改变槽码的质量还是改变小车及砝码的质量，都不需要重新阻力补偿。变小车及砝码的质量，都不需要重新阻力补偿。2.实验中必须满足小车和砝码的总质量实验中必须满足小车和砝码的总质量槽码的总质量槽码的总质量。此时可认为槽码的重力近似等于绳的拉力此时可认为槽码的重力近似等于绳的拉力3.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，待打点稳定

10、后，再放开小车，且应在小车到达滑轮前按住小车。源，待打点稳定后，再放开小车，且应在小车到达滑轮前按住小车。4.作图像时，要使尽可能多的点在所作直线上，不在直线上的点应尽可能对称分布作图像时，要使尽可能多的点在所作直线上，不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线两侧。在所作直线两侧。远大于远大于解析解析(1)由于小车运动受到摩擦阻力，所以要进行阻力补偿，以减小实验误差，称由于小车运动受到摩擦阻力，所以要进行阻力补偿，以减小实验误差，称为阻力补偿法。为阻力补偿法。(2)在探究加速度与力、质量的关系时，先保持其中一个量不变，来探究其他两个在探究加速度与力、质量的关系时，先保持其中一个量不变，来探究其

11、他两个量之间的关系，称为控制变量法。量之间的关系，称为控制变量法。(3)当小车质量当小车质量m车车m槽槽时，细绳对小车的拉力大小近似等于槽码重力时，细绳对小车的拉力大小近似等于槽码重力m槽槽g，称为近，称为近似法。似法。(4)通过图像研究实验的结果，称为图像法。通过图像研究实验的结果，称为图像法。答案答案(1)阻力补偿法阻力补偿法 (2)控制变量法控制变量法(3)近似法近似法 (4)图像法图像法 (5)化曲为直法化曲为直法F/N1.002.003.004.00a/(ms2)1.903.955.857.62表二表二(1)在如图所示的相应坐标系中，根据表一、表二所给数据作出图像。在如图所示的相应坐

12、标系中，根据表一、表二所给数据作出图像。答案答案(1)如图所示如图所示例例3 两个相同的小车并排放在光滑水平桌面上，小车前端系上细线，线的另一两个相同的小车并排放在光滑水平桌面上，小车前端系上细线，线的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘里分别放有不同质量的砝码端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘里分别放有不同质量的砝码(图甲图甲)。小车所受。小车所受的水平拉力的水平拉力F的大小可以认为等于砝码的大小可以认为等于砝码(包括砝码盘包括砝码盘)所受的重力大小。小车后端所受的重力大小。小车后端也系有细线，用一只夹子夹住两根细线也系有细线，用一只夹子夹住两根细线(图乙图乙)，控制两辆小车同时开始运动和，控制两辆小

13、车同时开始运动和结束运动。结束运动。解析解析实验过程中，当两小车质量相同时，砝码实验过程中，当两小车质量相同时，砝码(包括砝码盘包括砝码盘)重力越大，相同时间重力越大，相同时间内位移越大，则加速度越大，进行实验时会发现，加速度与所受拉力成正比；若砝内位移越大，则加速度越大，进行实验时会发现，加速度与所受拉力成正比；若砝码重力不变，即拉力不变时，质量越大的小车，相同时间内位移越小，即加速度越码重力不变，即拉力不变时，质量越大的小车，相同时间内位移越小，即加速度越小，进行测量分析知，加速度与质量成反比。如果砝码小，进行测量分析知，加速度与质量成反比。如果砝码(包括砝码盘包括砝码盘)的重力的重力G远

14、小远小于小车的重力于小车的重力Mg时，时，G近似等于拉力近似等于拉力F。答案答案加速度与拉力成正比加速度与质量成反比加速度与拉力成正比加速度与质量成反比 GMg总结提升两种实验研究方法总结提升两种实验研究方法(1)控制变量法：当研究多个物理量间的变化规律时，为了简便，可设计保持其他物控制变量法：当研究多个物理量间的变化规律时，为了简便，可设计保持其他物理量不变，只研究剩余两个变化物理量的关系，这种方法叫作控制变量法理量不变，只研究剩余两个变化物理量的关系，这种方法叫作控制变量法.两个相同两个相同的小车放在水平木板上，前端各系一条细绳，绳的另一端跨过定滑轮与槽码相连，改的小车放在水平木板上，前端

15、各系一条细绳，绳的另一端跨过定滑轮与槽码相连，改变槽码的数目进行多次实验，就可以验证质量一定的条件下，加速度与力的关系。变槽码的数目进行多次实验，就可以验证质量一定的条件下，加速度与力的关系。(2)对比实验法：对比实验法在物理实验中经常用到。两小车后端各系一条细绳，一对比实验法：对比实验法在物理实验中经常用到。两小车后端各系一条细绳，一起被一个夹子夹着而使小车静止起被一个夹子夹着而使小车静止(如图所示如图所示)。打开夹子，两小车同时开始运动，关上。打开夹子，两小车同时开始运动，关上夹子，两小车同时停下来。用刻度尺测出两小车通过的位移，位移之比就等于它们的夹子，两小车同时停下来。用刻度尺测出两小

16、车通过的位移，位移之比就等于它们的加速度之比。加速度之比。要点三创新方案设计要点三创新方案设计例例4 为了探究加速度与力的关系，使用如图所示的气垫导轨装置进行实验，其中为了探究加速度与力的关系，使用如图所示的气垫导轨装置进行实验，其中G1、G2为两个光电门，它们与数字计时器相连，当滑块通过为两个光电门，它们与数字计时器相连，当滑块通过G1、G2光电门时，光束被光电门时，光束被遮挡的时间遮挡的时间t1、t2都可以被测量并记录。滑块连同上面固定的挡光片的总质量为都可以被测量并记录。滑块连同上面固定的挡光片的总质量为M，挡光片宽度为，挡光片宽度为D，光电门间距离为，光电门间距离为s，牵引钩码的质量为，牵引钩码的质量为m。回答下列问题。回答下列问题。(1)实验开始前应先调节气垫导轨下面的螺钉，使气垫导轨水平，在不增加其他仪器实验开始前应先调节气垫导轨下面