高中物理专题4.2实验探究加速度与力质量的关系课件基础版新人教版必修

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1、第四章 牛顿运动定律 4.2 实验 探究加速度与力、质量的关系运动状态的变化运动状态的变化一、一、实验实验目的目的1. 探究加速度与力的定量关系。探究加速度与力的定量关系。2. 探究加速度与质量的定量关系。探究加速度与质量的定量关系。二、实验原理二、实验原理采用控制变量法采用控制变量法1. 当质量一定时，研究加速度与合外力的关系当质量一定时，研究加速度与合外力的关系 aF合合。2. 当力一定时，研究加速度与质量的关系当力一定时，研究加速度与质量的关系 a1/m。mF1mF2F1 F2m2Fm1 m2m1F结论：结论：当物体质量一定当物体质量一定时，物体的加速度随着时，物体的加速度随着力的增大而

2、增大力的增大而增大。结论：结论：当力的大小一定时，当力的大小一定时，物体的加速度随着质量的物体的加速度随着质量的增大而减小增大而减小。注意：这里的力指的是物体所受的合外力注意：这里的力指的是物体所受的合外力控制变量法控制变量法先先要要明明确确几几个个问问题题2. 如何由实验得出结论如何由实验得出结论 ? 1. 怎么设计这个实验怎么设计这个实验 ?测量哪些量测量哪些量 ?怎么测量怎么测量 ? a、F、m求出物体所受的合力求出物体所受的合力m：a:F:天平天平？数据处理数据处理m 不变时，不变时，a 与与 F 关系关系F 不变时，不变时，a 与与 m 关系关系钩码钩码纸带纸带打点打点计时器计时器小

3、车小车小车小车:打点计时器打点计时器: 测量小车运动过程中的加速度测量小车运动过程中的加速度钩码：重力提供拉力钩码：重力提供拉力研究对象，可用天平称其质量研究对象，可用天平称其质量合力合力 F = ?GFNFf测测加速度法加速度法实验装置实验装置1. 合外力在什么时候等于线的拉力？合外力在什么时候等于线的拉力？2. 线的拉力在什么时候等于钩码的重力？线的拉力在什么时候等于钩码的重力？平衡摩擦力：将长木板平放在实验桌上，在长木板的不带定滑平衡摩擦力：将长木板平放在实验桌上，在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木板，反复移动薄木板的位置，直至轮的一端下面垫上一块薄木板，反复移动薄木板的位置，直

4、至小车在斜面上运动时以保持匀速运动状态，这时小车受到的摩小车在斜面上运动时以保持匀速运动状态，这时小车受到的摩擦力擦力(包括小车所受摩擦力和打点计时器对小车之后所拖纸带的摩擦力包括小车所受摩擦力和打点计时器对小车之后所拖纸带的摩擦力)恰好与小车所受的重力在斜面方向上的分力平衡。恰好与小车所受的重力在斜面方向上的分力平衡。理论计算表明：在钩码质量远小于小车质量时，线的拉力近似理论计算表明：在钩码质量远小于小车质量时，线的拉力近似等于钩码的重力。等于钩码的重力。砝码，一端有定滑轮的长木板，细线，砝码，一端有定滑轮的长木板，细线，纸带，导线，夹子，小盘，天平，小车，打纸带，导线，夹子，小盘，天平，小

5、车，打点计时器，交流电源，复写纸，刻度尺。点计时器，交流电源，复写纸，刻度尺。三三、实验器材、实验器材1用天平测出小车和重物的质量，并把数值记录用天平测出小车和重物的质量，并把数值记录下来。下来。2按图所示将实验器材安装好按图所示将实验器材安装好(小车上不系绳小车上不系绳)。四四、实验步骤实验步骤3平衡摩擦力：在木板无滑轮的一端下面垫一薄木板，反复移动其位置，直到打点计时器正常工作后不挂重物的小车在斜面上做匀速直线运动为止(纸带上相邻点间距相等)。4将重物通过细绳系在小车上，接通电源放开小车，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此时所挂重物的重力。5保持小车的质量不变，改变所

6、挂重物的重力，重复步骤4，多做几次实验，每次小车从同一位置释放，并记录好重物的重力，以及计算出相应纸带的加速度填入表格1。实验实验步骤步骤实实验验步步骤骤实实验验步步骤骤五五、数据处理、数据处理数数据据处处理理F/ Na/ms -20.150.300.450.600.750 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5当小当小车质车质量不量不变时变时次数次数F/Na/m s -2123450.10 0.1460.20 0.3020.30 0.4280.40 0.5920.50 0.7511. 探究加速度与合探究加速度与合力的关系力的关系 如何更直观地如何更直观地处理数据？处理数据？m/ kga/ms

7、 -20.20.40.60.81.00 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2当当拉拉力力不不变变时时次数次数m/kga/m s -2123451/m (kg -1)2.502.001.331.000.830.400 0.8610.500 0.6920.750 0.4701.000 0.3521.200 0.2902. 探究加速度探究加速度与质量的关系与质量的关系1/m (kg -1)a/ms -20.20.40.60.81.00 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5（三）实验结论（三）实验结论m 一定时，一定时，a FF一定时，一定时，a 1/mF/ Na/ms -20.150.3

8、00.450.600.750 0.1 0.2 0.3 0.4 0.51/m (kg -1)a/ms -20.20.40.60.81.00 0.5 1.0 1.5 2.0 2.51在实验中，我们认为钩码的重力就等于小车所受的合力但这是有误差的，只有在小车质量比较大，钩码重力比较小，且木板合理倾斜的情况下，实验结果才比较理想2在长度测量过程中也存在偶然误差，可多次测量取平均值3利用描点作图时使尽量多的点在直线上，不能在直线上的点尽量对称分布于直线两侧，离直线较远的点看做是错误的数据，可舍去不予考虑 六、误差分析六、误差分析1平衡摩擦力时不要挂重物，整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变盘和砝码的质

9、量，还是改变小车及砝码的质量，都不需要重新平衡摩擦力。2实验中必须满足小车和砝码的总质量远大于小盘和砝码的总质量。只有如此，砝码和小盘的总重力才可视为与小车受到的拉力相等。3各纸带上的加速度a，都应是该纸带上的平均加速度。七、七、注意事项注意事项 4作图象时，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。离直线较远的点是错误数据，可舍去不予考虑。 5释放时小车应靠近打点计时器且先接通电源再放开小车。七、七、注意事项注意事项保持力保持力不变不变设设计计对对比比实实验验保持小车保持小车质量不变质量不变另一个方案另一个方案（一）实验方案原理（一）实验方案原理x1x2F1

10、F2在相同的时间内，两小车移在相同的时间内，两小车移动的距离分别为动的距离分别为:21112xa t22212xata1/ a2 = x1/x2测量出测量出 x1 、x2 1. 控制控制 m 不变，探究不变，探究 a 与与 F 的关系。的关系。2. 同理，控制同理，控制 F 相同，探究相同，探究 a与与 m 的关系。的关系。 保持物体的保持物体的质量不变质量不变，测量物体在不同的力作用下的加速，测量物体在不同的力作用下的加速度，分析加速度与力的关系度，分析加速度与力的关系小车质量小车质量 M = g，车上砝码质量，车上砝码质量 m = g，小盘质量，小盘质量 M= g次次数数小车小车 1小车小

11、车 212345位移位移x1/cm位移位移x2/cm(M + m2) (表示表示F2大小大小)盘中砝码盘中砝码m2300 0 10 5020304060盘中砝码盘中砝码m1 (M + m1) (表示表示F1大小大小)70F2 / F1x2 /x1O次次数数1234x2x1F2F1结论：结论： m 一定时，一定时，a FaFa1a2 为什么为什么 x2 /x1 可以表示小车可以表示小车 2 的加速的加速度度 a ? 为什么为什么 F2 / F1 可以表示小车可以表示小车 2 所受的所受的拉力拉力 F ? 保持物体所受的保持物体所受的力相同力相同，测量不同质量的物体在该力作用，测量不同质量的物体在

12、该力作用下的加速度，分析加速度与质量的关系下的加速度，分析加速度与质量的关系小车质量小车质量 M = g，小盘质量，小盘质量 m = g，盘中砝码质量，盘中砝码质量 M= g次次数数小车小车1小车小车212345位移位移x1/cm位移位移x2/cmM + m2 车上砝码车上砝码m2300 6 50 10050150200250车上砝码车上砝码m1M + m1300小车小车 1 质量质量 M1小车小车 2 质量质量 M2x2 /x1O次次数数1234M2 / M1x2x1M2M1M1 / M2M1M2a1a2x2 /x1Om1a结论：结论： F 一定时，一定时，a 1/m为什么为什么 x2 /x

13、1 可以表示小车可以表示小车 2 的加速度的加速度 a ?为什么为什么M2 / M1可以表示小车可以表示小车2的质量的质量 m ?为什么为什么M1 / M2又表示小车又表示小车 2 的的 1/m ?（二）误差分析（二）误差分析1小车质量小车质量 m 应比重物的质量应比重物的质量m大得多，其原理将在后大得多，其原理将在后面的牛顿运动定律的应用中专门讨论。二者差距越小，图面的牛顿运动定律的应用中专门讨论。二者差距越小，图象线性越差。象线性越差。2夹口的密合性能，是造成误差的原因之一。由于小车的夹口的密合性能，是造成误差的原因之一。由于小车的质量和速度较大，夹子不易夹住小车的后拖线；有些时候质量和速度较大，夹子不易夹住小车的后拖线；有些时候夹子夹住一根拖线，而另一根未被夹住，对应小车仍向前夹子夹住一根拖线，而另一根未被夹住，对应小车仍向前运动，这些都是造成位移误差的原因。运动，这些都是造成位移误差的原因。3小车运动停止时不能与定滑轮相碰。如果小车碰到定滑小车运动停止时不能与定滑轮相碰。如果小车碰到定滑轮才松手让夹子夹住拖线，则与定滑轮相碰的小车位移偏轮才松手让夹子夹住拖线，则与定滑轮相碰的小车位移偏小，产生误差。小，产生误差。【答案答案】(1)A(2)C、D(3)图见解析图见解析未平衡摩未平衡摩擦力或平衡摩擦力不够擦力或平衡摩擦力不够(4)小车受到的阻力为小车受到的阻力为0.1 N.