安徽省宿州市泗縣高一物理 第4章 實(shí)驗(yàn) 探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系課件 新人教版

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1、第四章牛頓運(yùn)動(dòng)定律第四章牛頓運(yùn)動(dòng)定律學(xué)案學(xué)案2 2 實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系 探究性實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)是探究各個(gè)未知量之間的關(guān)系，比如我們?cè)谔骄啃詫?shí)驗(yàn)的本質(zhì)是探究各個(gè)未知量之間的關(guān)系，比如我們?cè)诔踔袝r(shí)探究的電流與電阻、電壓的關(guān)系。由于在研究過(guò)程中所涉及初中時(shí)探究的電流與電阻、電壓的關(guān)系。由于在研究過(guò)程中所涉及的物理量比較多，而這些量又都有可能變化，如果不加限制研究起的物理量比較多，而這些量又都有可能變化，如果不加限制研究起來(lái)非常困難，在這節(jié)課中我們也是探究三個(gè)量來(lái)非常困難，在這節(jié)課中我們也是探究三個(gè)量加速度、力、質(zhì)加速度、力、質(zhì)量之間的關(guān)系，遇到這樣的問(wèn)題，往往

2、采取控制變量的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，量之間的關(guān)系，遇到這樣的問(wèn)題，往往采取控制變量的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，學(xué)習(xí)過(guò)程中要注意領(lǐng)悟這種方法的優(yōu)點(diǎn)，并體會(huì)物理學(xué)是怎樣把復(fù)學(xué)習(xí)過(guò)程中要注意領(lǐng)悟這種方法的優(yōu)點(diǎn)，并體會(huì)物理學(xué)是怎樣把復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化的。另外在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)處理問(wèn)題上存雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化的。另外在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)處理問(wèn)題上存在哪些問(wèn)題，如何改變這些問(wèn)題使實(shí)驗(yàn)更加成功也是我們關(guān)心的另在哪些問(wèn)題，如何改變這些問(wèn)題使實(shí)驗(yàn)更加成功也是我們關(guān)心的另外的一個(gè)重要的問(wèn)題。外的一個(gè)重要的問(wèn)題。 我們?cè)跀?shù)學(xué)中知道，一個(gè)量隨另一個(gè)增大而增大，或隨另一個(gè)我們?cè)跀?shù)學(xué)中知道，一個(gè)量隨另一個(gè)增大而增大，或隨另一個(gè)增大而減小的函數(shù)

3、關(guān)系有很多種，那么，物體的加速度與質(zhì)量、力增大而減小的函數(shù)關(guān)系有很多種，那么，物體的加速度與質(zhì)量、力之間究竟是一種什么關(guān)系呢？之間究竟是一種什么關(guān)系呢？學(xué)點(diǎn)學(xué)點(diǎn)1 加速度與力的關(guān)系加速度與力的關(guān)系 （2）探究加速度與力的關(guān)系）探究加速度與力的關(guān)系 實(shí)驗(yàn)思路：保持物體的質(zhì)量實(shí)驗(yàn)思路：保持物體的質(zhì)量m一定，測(cè)量物體在不同力一定，測(cè)量物體在不同力作用下作用下的加速度的加速度a，分析，分析a與與F的關(guān)系。的關(guān)系。 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析：設(shè)計(jì)如下的表格，記錄數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析：設(shè)計(jì)如下的表格，記錄數(shù)據(jù)。 在圖在圖4-2-1所示坐標(biāo)上，作出所示坐標(biāo)上，作出a-F圖象。圖象。 分析圖像，分析圖像， 若圖象是過(guò)原

4、點(diǎn)的直線，則若圖象是過(guò)原點(diǎn)的直線，則aF 由此得出，在質(zhì)量一定的情況下，加速度跟力成正比。由此得出，在質(zhì)量一定的情況下，加速度跟力成正比。F/Na/(ms-2)圖圖4-2-1 (1)控制變量法控制變量法 在研究物體的加速度與它受的力、它的質(zhì)量間的關(guān)系時(shí)，因?yàn)樯婕霸谘芯课矬w的加速度與它受的力、它的質(zhì)量間的關(guān)系時(shí)，因?yàn)樯婕暗饺齻€(gè)物理量，為了研究問(wèn)題的方便，可采取分別使一個(gè)量不變，而研到三個(gè)物理量，為了研究問(wèn)題的方便，可采取分別使一個(gè)量不變，而研究另外兩個(gè)量之間關(guān)系的方法，這種方法叫做控制變量法。究另外兩個(gè)量之間關(guān)系的方法，這種方法叫做控制變量法。學(xué)點(diǎn)學(xué)點(diǎn)2 加速度與質(zhì)量的關(guān)系加速度與質(zhì)量的關(guān)系 （

5、1）保持物體所受的力）保持物體所受的力一定，測(cè)量不同質(zhì)量一定，測(cè)量不同質(zhì)量m的物體在力的物體在力作作用下的加速度用下的加速度a，分析，分析a與與m的關(guān)系。的關(guān)系。 （2）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析：設(shè)計(jì)如下的表格，記錄數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析：設(shè)計(jì)如下的表格，記錄數(shù)據(jù)。 猜想：猜想：相同，相同，m越大，越大，a越小，是否是越小，是否是“a與與m”成反比或成反比或“a與與m”成反比？成反比？ 從簡(jiǎn)單入手，若從簡(jiǎn)單入手，若a與與m成反比，則成反比，則a與與1/m成正比。所以，建立成正比。所以，建立a-1/m坐標(biāo)系，作坐標(biāo)系，作a-1/m圖象，如圖圖象，如圖4-2-2所示。所示。 分析：若圖象是過(guò)原點(diǎn)的直線，則分析

6、：若圖象是過(guò)原點(diǎn)的直線，則a與與m成反比。成反比。 由圖得，由圖得，a與與1/m成正比，與成正比，與m成反比。成反比。 注意：注意：作圖象時(shí)，應(yīng)使盡可能多的點(diǎn)在直線上，作圖象時(shí)，應(yīng)使盡可能多的點(diǎn)在直線上，不在直線上的點(diǎn)均勻分布于直線兩側(cè)，偏離太大的不在直線上的點(diǎn)均勻分布于直線兩側(cè)，偏離太大的點(diǎn)應(yīng)舍棄掉。點(diǎn)應(yīng)舍棄掉。m/kga/(ms-2)圖圖4-2-2 怎樣提供和測(cè)量物體所受的恒力怎樣提供和測(cè)量物體所受的恒力 下面是一種方法：下面是一種方法： 如圖如圖4-2-5所示，取兩個(gè)質(zhì)量相同的小車放在光滑水平面上，所示，取兩個(gè)質(zhì)量相同的小車放在光滑水平面上，小車的前端各小車的前端各系上細(xì)繩，繩的另一端跨

7、過(guò)定滑輪各掛一個(gè)小盤，盤中放有數(shù)目不等的砝碼，使兩系上細(xì)繩，繩的另一端跨過(guò)定滑輪各掛一個(gè)小盤，盤中放有數(shù)目不等的砝碼，使兩個(gè)小車自靜止開(kāi)始在不同拉力作用下勻加速運(yùn)動(dòng)，小車所受拉力個(gè)小車自靜止開(kāi)始在不同拉力作用下勻加速運(yùn)動(dòng)，小車所受拉力的大小可以認(rèn)為的大小可以認(rèn)為等于砝碼和盤所受重力的大?。ūＷC小車質(zhì)量比砝碼和盤質(zhì)量大得多），小車后端等于砝碼和盤所受重力的大?。ūＷC小車質(zhì)量比砝碼和盤質(zhì)量大得多），小車后端系上細(xì)繩，用一只夾子夾住，以同時(shí)控制兩小車，使兩車同時(shí)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)停止，分系上細(xì)繩，用一只夾子夾住，以同時(shí)控制兩小車，使兩車同時(shí)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)停止，分別測(cè)出兩小車的位移別測(cè)出兩小車的位移x和受力和受力

8、的大小，據(jù)的大小，據(jù)x=at2/2知道，在時(shí)間知道，在時(shí)間t相同的前提下，相同的前提下，xa，通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析知，通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析知，xF，可見(jiàn)，質(zhì)量相同的物體，其加速度跟作用在它上面的力成，可見(jiàn)，質(zhì)量相同的物體，其加速度跟作用在它上面的力成正比，即正比，即a1:a2=F1:F2，或者，或者aF。 注意注意：用此方法需要平衡摩擦力：在長(zhǎng)木板的不帶定滑輪的一端下面墊上一塊薄用此方法需要平衡摩擦力：在長(zhǎng)木板的不帶定滑輪的一端下面墊上一塊薄木板，反復(fù)移動(dòng)木板的位置，直至小車在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)保持勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，這時(shí)小木板，反復(fù)移動(dòng)木板的位置，直至小車在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)保持勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，這時(shí)小車?yán)垘н\(yùn)動(dòng)受到的摩擦力

9、恰好與小車所受的重力在斜面方向上的分力平衡。車?yán)垘н\(yùn)動(dòng)受到的摩擦力恰好與小車所受的重力在斜面方向上的分力平衡。圖圖4-2-54-2-5【例【例2】某同學(xué)利用小盤和砝碼牽引小車的方法，驗(yàn)證質(zhì)量一定時(shí)加速度】某同學(xué)利用小盤和砝碼牽引小車的方法，驗(yàn)證質(zhì)量一定時(shí)加速度a 和合外力和合外力的關(guān)系，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出了如圖的關(guān)系，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出了如圖4-2-6甲、乙所示的甲、乙所示的a-F 圖象，產(chǎn)生甲圖象不過(guò)原點(diǎn)的原因是圖象，產(chǎn)生甲圖象不過(guò)原點(diǎn)的原因是_；產(chǎn)生乙圖；產(chǎn)生乙圖 象不過(guò)原點(diǎn)且彎曲的原象不過(guò)原點(diǎn)且彎曲的原 因是因是_?！窘馕觥窘馕觥繄D甲中，圖甲中，a0，說(shuō)明小車重力沿木，說(shuō)明小車重力沿木板

10、的分力大于摩擦力，原因是木板墊得過(guò)高。圖乙中，板的分力大于摩擦力，原因是木板墊得過(guò)高。圖乙中，a=0，F(xiàn)0，說(shuō)明小車重力沿木板的分力小于摩擦力，說(shuō)明小車重力沿木板的分力小于摩擦力，木板傾角過(guò)??；當(dāng)木板傾角過(guò)小；當(dāng)較大時(shí)，即小盤和砝碼的質(zhì)量較較大時(shí)，即小盤和砝碼的質(zhì)量較大時(shí)，小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于小盤和砝碼的質(zhì)量這一條件大時(shí)，小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于小盤和砝碼的質(zhì)量這一條件得不到滿足，因此圖線成曲線。得不到滿足，因此圖線成曲線。木板墊得過(guò)高木板墊得過(guò)高木板傾角過(guò)小，小盤和砝碼的質(zhì)量較大木板傾角過(guò)小，小盤和砝碼的質(zhì)量較大圖圖4-2-6學(xué)點(diǎn)學(xué)點(diǎn)4 怎樣有實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出結(jié)論怎樣有實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出結(jié)論 猜想：猜想：aF，a

11、1/m。 若猜想正確，則若猜想正確，則a-F、a-1/m圖象均是過(guò)原點(diǎn)的直線。圖象均是過(guò)原點(diǎn)的直線。 由于實(shí)驗(yàn)誤差的存在：各點(diǎn)不是嚴(yán)格位于一條直線上；并由于實(shí)驗(yàn)誤差的存在：各點(diǎn)不是嚴(yán)格位于一條直線上；并且直線并非準(zhǔn)確地過(guò)原點(diǎn)。且直線并非準(zhǔn)確地過(guò)原點(diǎn)。 若經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)，圖象上的點(diǎn)都靠近某直線，而這條直線又若經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)，圖象上的點(diǎn)都靠近某直線，而這條直線又十分接近原點(diǎn)，那么，實(shí)際的規(guī)律就是十分接近原點(diǎn)，那么，實(shí)際的規(guī)律就是aF,a1/m。 注意，誤差是一定存在的，在誤差允許的范圍內(nèi)，上注意，誤差是一定存在的，在誤差允許的范圍內(nèi)，上述結(jié)論成立。述結(jié)論成立。 1.請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一探究加速度與力和質(zhì)量關(guān)系的實(shí)驗(yàn)？

12、請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一探究加速度與力和質(zhì)量關(guān)系的實(shí)驗(yàn)？ 探究過(guò)程探究過(guò)程 （1）用天平測(cè)出小車和小盤（包括其中砝碼）的質(zhì)量分別）用天平測(cè)出小車和小盤（包括其中砝碼）的質(zhì)量分別為為M0、m0，并把數(shù)值記錄下來(lái)。，并把數(shù)值記錄下來(lái)。 （2）按圖所示將實(shí)驗(yàn)器材安裝好（小車上不系繩）。）按圖所示將實(shí)驗(yàn)器材安裝好（小車上不系繩）。 （3）把木板無(wú)滑輪的一端下面墊一薄木板，平衡摩擦力。）把木板無(wú)滑輪的一端下面墊一薄木板，平衡摩擦力。 （4）將重物通過(guò)細(xì)繩系在小車上，接通電源放開(kāi)小車，用）將重物通過(guò)細(xì)繩系在小車上，接通電源放開(kāi)小車，用紙帶記錄小車的運(yùn)動(dòng)情況；取下紙帶并在紙帶上標(biāo)上號(hào)碼及此紙帶記錄小車的運(yùn)動(dòng)情況；取下紙帶并

13、在紙帶上標(biāo)上號(hào)碼及此時(shí)所掛重物的重力時(shí)所掛重物的重力m0g。 (5)保持小車的質(zhì)量不變，改變小盤（包括其中砝碼）的質(zhì)量重復(fù)步驟（保持小車的質(zhì)量不變，改變小盤（包括其中砝碼）的質(zhì)量重復(fù)步驟（4）多做）多做幾次實(shí)驗(yàn)，且每次小車從同一位置釋放。幾次實(shí)驗(yàn)，且每次小車從同一位置釋放。 （6）保持小車所受的合外力不變，在小車上加砝碼，并測(cè)出小車和放上砝碼后）保持小車所受的合外力不變，在小車上加砝碼，并測(cè)出小車和放上砝碼后的總質(zhì)量的總質(zhì)量M1，接通電源放開(kāi)小車，用紙帶記錄小車的運(yùn)動(dòng)情況，取下紙帶并在紙帶，接通電源放開(kāi)小車，用紙帶記錄小車的運(yùn)動(dòng)情況，取下紙帶并在紙帶上標(biāo)上號(hào)碼。上標(biāo)上號(hào)碼。 （7）繼續(xù)在小車上

14、加放砝碼，重復(fù)步驟（）繼續(xù)在小車上加放砝碼，重復(fù)步驟（6）多做幾次實(shí)驗(yàn)，在每次得到的紙帶）多做幾次實(shí)驗(yàn)，在每次得到的紙帶上標(biāo)上號(hào)碼。上標(biāo)上號(hào)碼。 （8）分別用）分別用x=aT2或或a=2x/t2等方法求得加速度等方法求得加速度a，將得到的數(shù)據(jù)填入，將得到的數(shù)據(jù)填入a和和F或或a和和1/m的表格中，利用以上數(shù)據(jù)分別作出的表格中，利用以上數(shù)據(jù)分別作出a-F關(guān)系圖象、關(guān)系圖象、a-1/m關(guān)系圖象以找出關(guān)系圖象以找出a與與F、a與與1/m的關(guān)系。的關(guān)系。 2.如何利用逐差法處理紙帶？如何利用逐差法處理紙帶？ 逐差法是處理紙帶類問(wèn)題的基本方法，下面我們就介紹逐逐差法是處理紙帶類問(wèn)題的基本方法，下面我們就

15、介紹逐差法的推導(dǎo)及其應(yīng)用時(shí)的注意事項(xiàng)。如圖所示，則有差法的推導(dǎo)及其應(yīng)用時(shí)的注意事項(xiàng)。如圖所示，則有 x4-x1=(x4-x3)+(x3-x2)+(x2-x1)=3aT2 x5-x2=(x5-x4)+(x4-x3)+(x3-x2)=3aT2 x6-x3=(x6-x5)+(x5-x4)+(x4-x3)=3aT2 +得得a=(x4+x5+x6)-(x1+x2+x3) /(3T)2 應(yīng)用應(yīng)用式解題時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：式解題時(shí)要注意以下幾點(diǎn)： （1）xn為相鄰的相等時(shí)間為相鄰的相等時(shí)間T內(nèi)的位移，而不是如圖所示的內(nèi)的位移，而不是如圖所示的xn （2）弄清）弄清T值。多數(shù)情況下值。多數(shù)情況下T值為值為0.1 s，但也有，但也有T值為值為0.02、0.04 s等情況。等情況。 （3）統(tǒng)一單位。）統(tǒng)一單位。xn的單位多為的單位多為cm，計(jì)算時(shí)一般要轉(zhuǎn)換為，計(jì)算時(shí)一般要轉(zhuǎn)換為m。 （4）當(dāng)有）當(dāng)有4組值時(shí)，求解的表達(dá)式為組值時(shí)，求解的表達(dá)式為 a=(x3+x4)-(x1+x2)/(2T)2。退出退出