人教版必修一物理4.2实验：探究加速度与力、质量的关系ppt课件.ppt

第四章 牛顿运动定律 学案 2 　实验：探究加速度与力、质量的关系 目标定位 1. 学会用控制变量法研究物理规律 . 2. 会测量加速度、力和质量，能作出物体运动的 a － F 、 a － 图象 . 3. 通过实验探究加速度与力、质量的定量关系． 知识探究 自我检测 一、实验器材 小车、砝码、小桶、砂、细线、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、 、纸带、 、 ． 知识探究 交流电源 刻度尺 天平 二、实验原理 实验的基本思想 —— 控制变量法 1 . 保持研究对象即小车的 不变，改变小桶内砂的质量，即改变 ，测出小车的对应加速度，验证加速度是否正比于作用力 . 2 . 保持小桶中砂的质量不变，即保持 不变，改变研究对象的 ，测出对应不同质量的加速度，验证加速度是否反比于质量 . 质量 作用力 作用力 质量 三、实验方案的设计 1 . 三个物理量的测量方法 —— 近似法 放在长木板上的小车在拉力的作用下做匀加速直线运动 . ( 装置如图 1 所示 ) . 图 1 (1) 小车质量的测量 利用 测出，在小车上 可改变小车的质量 . (2) 拉力的测量 当小桶和砂的质量 小车的质量时，可以认为小桶和砂的重力近似等于对小车的拉力，即 F ≈ mg . (3) 加速度的测量：逐差法 . 天平 增减砝码 远小于 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 2 所示，若图象是一条 ，就能说明 a 与 F 成正比 . 图 2 通过原点 的直线 (2) 研究加速度 a 与物体质量 m 的关系 如图 3 甲所示，因为 a － m 图象是曲线，检查 a － m 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 . 若 a 和 m 成反比，则 a 与 必成 . 我们采用 “ 化曲为直 ” 的方法，以 a 为纵坐标，以 为横坐标，作出 a － 图象，若 a － 图象是 正比 一 条过原点的直线，如图乙所示，说明 a 与 成 ，即 a 与 m 成 . 正比 反比 图 3 四、实验步骤 1 . 用天平测出小车的质量 M ，并把数值记录下来 . 2 . 按图 4 所示的装置把实验器材安装好 . 图 4 3 . 平衡摩擦力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫一木块，多次移动木块位置，直到轻推小车，使小车在斜面上运动时可保持匀速直线运动为止 . 4 . 在小桶里放入适量的砂，在小车上加放适量的砝码，用天平测出小桶和砂的质量 m ，并记录下来 . 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 . 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并记录在表格的相应位置 . 次数 1 2 3 4 5 6 小车加速度 a /( m·s － 2 )             砂和小桶的质量 m /kg             拉力 F /N             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 a － F 图象，从而得出 a － F 的关系 . 8 . 保持砂和小桶的质量不变，在小车上加放砝码，重复上面的实验，求出相应的加速度，并设计表格如下 . 根据实验结果画出小车运动的 a － 图象，从而得出 a － M 的关系 . 次数 1 2 3 4 5 6 小车加速度 a /( m·s － 2 )             小车质量 M /kg             /kg － 1             9. 整理实验器材，结束实验 . 五、注意事项 1 . 实验中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地分布在直线的两侧，但若遇到个别偏离较远的点可舍去 . 典 例精析 例 　某实验小组利用图 5 所示的装置探究加速度与力、质量的关系 . 图 5 (1) 下列做法正确的是 ________( 填字母代号 ) . A . 调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行 B . 在调节长木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，将 装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上 C . 实验时，先放开木块再接通打点计时器的电源 D . 通过增减木块上的砝码改变质量时，不需要重新调节木 板倾斜度 解析　 实验中细绳要与长木板保持平行， A 项正确； 平衡摩擦力时不能将装有砝码的砝码桶通过细绳绕过滑轮拴在木块上，这样无法平衡摩擦力， B 项错误； 实验时应先接通打点计时器的电源再放开木块， C 项错误； 平衡摩擦力后，改变木块上的砝码的质量后不需要重新平衡摩擦力， D 项正确 . 答案　 AD (2) 当木块 ( 及木块上的砝码 ) 的质量 M 与小桶 ( 包括桶内砝码 ) 的质量 m 的大小关系满足 _______ 时，才可以认为细绳对木块的拉力大小等于桶及桶中砝码的重力 . 解析　 验证牛顿第二定律的实验中，要保证 M ≫ m ，才能保证细绳的拉力约等于 m 的重力 . M ≫ m (3) 图 6 是甲、乙两同学研究了加速度与力的关系，并根据实验数据画出的图象 . 图 6 形成图线甲的原因是 __________________________ . 形成图线乙的原因是 __________________________ . 解析　 图线甲中 F ＝ 0 时，木块就有了加速度，可见是长木板倾角过大 . 图线乙中，有了拉力时，加速度仍为 0 ，说明未平衡摩擦力或长木板倾角过小 . 答案　 长木板倾角过大　未平衡摩擦力或长木板倾角过小 如图 7 甲所示，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面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约等于盘及盘中砝码的重力 . 解析　 验证牛顿第二定律的实验中，要使 M ≫ m ，才能保证绳子的拉力等于 m 的重力 . 自我检测 1 M ≫ m (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量一定，改变小车及车中砝码的质量，测出相应的加速度，采用图象法处理数据 . 为了比较容易地观测加速度 a 与质量 M 的关系，应该做 a 与 __________ 的图象 . 1 图 7 解析　 根据牛顿第二定律可知，合力一定时， a 与 M 成反比，因为反比例函数图象是曲线，而根据曲线很难判定出自变量和因变量之间的关系 . 正比例函数图象是过坐标原点的一条直线，就比较容易判定自变量和因变量之间的关系，所以实验数据处理时应作出 a 与 的图象 . 1 (3) 乙、丙同学用同一装置做实验，画出了各自得到的 a — 图线如图乙所示，两个同学做实验时的盘及盘中砝码的质量 m 乙 _____( 填 “ 大于 ”“ 小于 ” 或 “ 等于 ” ) m 丙 . 1 解析　 在小车质量 M 相同的情况下，拉力越大，加速度越大，实验中我们又认为绳对小车的拉力大小等于盘和盘中砝码的重力，所以两个同学做实验时盘中砝码的质量不同， m 乙 大于 m 丙 . 大于