【课件】实验：探究加速度与力、质量的关系+课件-2024-2025学年高一上学期物理人教版（2019）必修第一册

第4章运动和力的关系第2节实验：探究加速度与力、质量的关系牛顿第一定律亚里士多德力是维持运动的原因伽利略力不是维持物体运动的原因运动与力的关系笛卡尔不受力，会匀速直线运动下去。回顾牛顿之所以会停下，是因为摩擦阻力。力是改变物体运动状态的原因牛顿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。牛顿第一定律运动与力的关系疑问：力F要改变物体运动状态质量M要保持V的大小方向不变运动状态改变的难易引入一个什么物理量来表达呢？加速度

与FM一定有关系思考：描述物体运动状态的物理量是什么？加速度是描述物体速度变化快慢的物理量加速度是描述物体运动状态变化快慢的物理量问题：加速度与哪些因素有关？力是改变物体运动状态的原因1、加速度与它所受的力有关牛顿第一定律运动状态改变的难易程度又与其自身的质量有关惯性2、加速度与物体的质量有关性价比对比发动机720马力170马力170马力官方0-100km/h加速时间2.9s7.5s13.5s车重1430kg1430kg2530kg物理量的测量1.质量的测量：用天平测量2.加速度的测量：方法一：如果物体做初速度为零的匀加速直线运动，则可利用刻度尺测量位移和秒表测量时间，然后由公式a=(2x)/t2可算出。方法二：利用打点计时器进行实验，根据纸带上打出的点可测量加速度。方法三：利用比值法。由于a=(2x)/t2测出两个初速度为零的匀加速运动在相同时间内发生的位移x1，x2，位移之比就是加速度之比方法四：利用光电门计时器进行实验，根据速度可求出加速度物理量的测量3.力的测量(1)平衡摩擦力：把轨道的一端垫高，使重力的分力Gsinθ与摩擦力Ff平衡。GcosθGsinθGθθFNFf(2)具体操作：先不加细线，轨道无定滑轮一端垫高，使小车连同纸带下滑，若纸带上打出点间隔相等，则为匀速下滑，从而消除摩擦力的影响。物理量的测量3.力的测量(3)注意事项：①多次测量，摩擦力只需要平衡一次；②在槽码的质量远小于小车质量时，绳的拉力大小等于槽码重力大小。（学习了第三节后解释）实验设计1.方案一：用阻力补偿法探究加速度与力、质量的关系实验装置如图4.2-2所示。把木板的一侧垫高，调节木板的倾斜度，使小车在不受牵引时能拖动纸带沿木板匀速运动。通过改变槽码的个数而改变小车所受的拉力，通过处理打点计时器打下点的纸带来测量加速度。保持小车受的拉力不变，通过增减小车中的重物改变小车的质量。处理纸带上打出的点来测量加速度。实验设计2.方案二：通过位移之比测量加速度之比将两辆相同的小车放在水平木板上，前端各系一条细线，线的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘中可以放不同的重物。平衡摩擦后，用黑板擦把两条细线同时按压在木板上。抬起黑板擦，两小车同时开始运动，按下黑板擦，两小车同时停下来。用刻度尺测出两小车移动的位移x1、x2。由于两小车运动时间t相同，从它们的位移之比就可以得出加速度之比。在盘中重物相同的情况下，通过增减小车中的重物改变小车的质量。

编号物理量12345a/（m·s-2）F/N1.探究加速度与所受合外力的关系：实验数据的记录与分析保证小车的质量不变，在小盘上依次增加砝码的个数，目的是改变对小车的拉力。根据得到的纸带计算每一次小车的加速度，与相应砝码质量记为一组数据。并将得到的多组数据填入下表。a/（m·s-2）F/N0以a为纵轴，F为横轴建立坐标系，利用图像寻找二者数量关系。发现这些点大致在一条过原点的直线上，说明a与F成正比。绘制完图像后，有可能出现如下面甲乙两图的情况甲图乙图甲图由纵截距可知，在拉力为0时，小车仍有加速度，所以是因为平衡摩擦力时，斜面倾斜角过大导致。乙图由横截距可知，在拉力为某一值时，小车才有加速度，所以是因为平衡摩擦力时，斜面倾斜角过小导致。误差分析a/m·s-2F/N0aamm0FFm0g悬挂物的质量m0要远小于小车质量m误差分析

编号物理量12345a/（m·s-2）m/kg1/m/(kg-1)2.探究加速度与质量的关系：保证小盘上砝码不变，再依次增加小车上砝码的个数，目的是改变小车的质量。根据得到的纸带计算每一次小车的加速度，与相应小车及其上砝码总质量记为一组数据，并计算出总质量的倒数。将得到的多组数据填入下表。【例题1】如图所示，某同学利用图示装置做“探究加速度与物体所受合力的关系”的实验。在气垫导轨上安装了两个光电门1、2，滑块上固定一遮光条，滑块通过绕过两个滑轮的细绳与弹簧秤相连，实验时改变钩码的质量，读出弹簧秤的不同示数F，不计细绳与滑轮之间的摩擦力。根据实验原理图，本实验__________(选填“需要”或“不需要”)将带滑轮的气垫导轨右端垫高，以平衡摩擦力；实验中__________(填“一定要”或“不必要”)用天平测出所挂钩码的质量；滑块(含遮光条)的加速度__________(选填“大于”“等于”或“小于”)钩码的加速度。【参考答案】不需要

不必要

大于【典例2】用如图甲所示装置探究小车加速度与其质量的关系，图乙是其俯视图，实验操作步骤如下：（1）取两个相同的小车A、B，放在光滑的水平桌面上，小车的左端各系一条细绳，绳的另一端跨过定滑轮各挂一个相同的重物，小车的右端各系一条细绳，细绳另一端用夹子固定；（2）A车质量为mA，通过在B车上加砝码改变B车质量，B车和车上砝码的总质量为mB，并使A、B两车的质量均______重物质量（选填“远大于”、“约等于”、“远小于”）；（3）打开夹子，重物牵引小车运动，合上夹子，两小车同时停止．用刻度尺分别测出A、B两小车通过的位移为xA、xB．则两车的加速度之比aA:aB=__________；（4）某同学猜想小车加速度与质量成反比，则xA、xB，与mA、mB，应满足的关系式为______；（5）改变B车上砝码的质量重复实验，验证该同学的猜想并得出结论．【典例3】某实验小组用如图（a）所示的装置探究加速度与力的关系。（1）实验中______（选填“一定要”或“不需要”）保证沙和沙桶的质量远小于小车的质量；（2）某同学在实验中得到如图（b）所示的一条纸带（两计数点间还有四个计时点没有画出），已知打点计时器的频率为50Hz，根据纸带可求出小车的加速度大