高中物理 第1部分 第4章 第2節(jié) 實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系課件 新人教版必修1

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1、理解教材新知理解教材新知把握熱點(diǎn)考向把握熱點(diǎn)考向應(yīng)用創(chuàng)新演練應(yīng)用創(chuàng)新演練 第第2 2節(jié)節(jié) 實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)：探究加探究加速度與速度與力、質(zhì)力、質(zhì)量的關(guān)量的關(guān)系系考向一考向一考向二考向二第第四四章章牛牛頓頓運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)定定律律 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊弧?shí)驗(yàn)?zāi)康?(1)學(xué)會(huì)用控制變量法探究物理規(guī)律。學(xué)會(huì)用控制變量法探究物理規(guī)律。 (2)探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系。探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系。 二、實(shí)驗(yàn)原理二、實(shí)驗(yàn)原理 控制變量法控制變量法 在探究加速度與力、質(zhì)量三者關(guān)系時(shí)，先讓其中一個(gè)量在探究加速度與力、質(zhì)量三者關(guān)系時(shí)，先讓其中一個(gè)量保持不變來(lái)探究其他兩個(gè)量之間的關(guān)系。保持不變來(lái)探究其他兩個(gè)量之間的關(guān)系。 1探究加

2、速度與力的關(guān)系的基本思路探究加速度與力的關(guān)系的基本思路 保持物體的質(zhì)量不變，測(cè)量物體在不同力的作用下保持物體的質(zhì)量不變，測(cè)量物體在不同力的作用下的加速度，分析加速度與力的關(guān)系。的加速度，分析加速度與力的關(guān)系。 2探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系的基本思路探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系的基本思路 保持物體所受的力不變，測(cè)量不同質(zhì)量的物體在該保持物體所受的力不變，測(cè)量不同質(zhì)量的物體在該力作用下的加速度，分析加速度與質(zhì)量的關(guān)系。力作用下的加速度，分析加速度與質(zhì)量的關(guān)系。 3實(shí)驗(yàn)方案實(shí)驗(yàn)方案 這個(gè)實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)量的物理量有三個(gè)：物體的加速度、這個(gè)實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)量的物理量有三個(gè)：物體的加速度、物體所受的力、物體的質(zhì)量。質(zhì)量用

3、天平測(cè)量，因此本實(shí)驗(yàn)物體所受的力、物體的質(zhì)量。質(zhì)量用天平測(cè)量，因此本實(shí)驗(yàn)要解決的主要問(wèn)題是怎樣測(cè)量加速度和物體所受的力。要解決的主要問(wèn)題是怎樣測(cè)量加速度和物體所受的力。 (1)怎樣測(cè)量怎樣測(cè)量(或比較或比較)物體的加速度：物體的加速度： 在運(yùn)動(dòng)物體上安裝一條穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶，根據(jù)紙?jiān)谶\(yùn)動(dòng)物體上安裝一條穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶，根據(jù)紙帶上打出的點(diǎn)來(lái)測(cè)量加速度。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中也可以測(cè)加速度帶上打出的點(diǎn)來(lái)測(cè)量加速度。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中也可以測(cè)加速度與其他量之間的比例關(guān)系。測(cè)量不同情況下與其他量之間的比例關(guān)系。測(cè)量不同情況下(即不同受力、即不同受力、不同質(zhì)量時(shí)不同質(zhì)量時(shí))物體加速度的比值就可以了。物體加速度的

4、比值就可以了。(2)怎樣提供和測(cè)量物體所受的恒力怎樣提供和測(cè)量物體所受的恒力設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖421所示。所示。圖圖421 對(duì)此實(shí)驗(yàn)中力的理解：除了在真空中拋出或落下的對(duì)此實(shí)驗(yàn)中力的理解：除了在真空中拋出或落下的物體物體(僅受重力僅受重力)外，僅受一個(gè)力的物體幾乎是不存在的。然外，僅受一個(gè)力的物體幾乎是不存在的。然而，一個(gè)單獨(dú)的力的作用效果與跟它大小、方向都相同的合而，一個(gè)單獨(dú)的力的作用效果與跟它大小、方向都相同的合力的作用效果是相同的，因此，實(shí)驗(yàn)中的力力的作用效果是相同的，因此，實(shí)驗(yàn)中的力F的含義可以是的含義可以是物體所受的合力。物體所受的合力。 平衡摩擦力：如圖平衡摩擦力

5、：如圖421所示，紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)所示，紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。為了消除摩擦力對(duì)小車(chē)的影響，可將木板無(wú)滑輪的一端器。為了消除摩擦力對(duì)小車(chē)的影響，可將木板無(wú)滑輪的一端稍微墊高一些，用小車(chē)的重力的分力來(lái)抵消它所受到的摩擦稍微墊高一些，用小車(chē)的重力的分力來(lái)抵消它所受到的摩擦力，直到小車(chē)不掛重物時(shí)能在木板上勻速運(yùn)動(dòng)為止。力，直到小車(chē)不掛重物時(shí)能在木板上勻速運(yùn)動(dòng)為止。 三、實(shí)驗(yàn)器材三、實(shí)驗(yàn)器材 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、復(fù)寫(xiě)紙片、小車(chē)、一端附有定打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、復(fù)寫(xiě)紙片、小車(chē)、一端附有定滑輪的長(zhǎng)木板、小盤(pán)、砝碼、夾子、細(xì)繩、低壓交流電滑輪的長(zhǎng)木板、小盤(pán)、砝碼、夾子、細(xì)繩、低壓交流電源、導(dǎo)線、天平源、導(dǎo)線、天平(帶

6、有一套砝碼帶有一套砝碼)、刻度尺。、刻度尺。 四、實(shí)驗(yàn)步驟四、實(shí)驗(yàn)步驟 (1)用天平測(cè)出小車(chē)和重物的質(zhì)量分別為用天平測(cè)出小車(chē)和重物的質(zhì)量分別為M0、m0，并，并把數(shù)值記錄下來(lái)。把數(shù)值記錄下來(lái)。 (2)按圖按圖422將實(shí)驗(yàn)器材安裝好將實(shí)驗(yàn)器材安裝好(小車(chē)上不系繩小車(chē)上不系繩)。 圖圖422 (3)平衡摩擦力，把木板無(wú)滑輪的一端下面墊一薄木板，反平衡摩擦力，把木板無(wú)滑輪的一端下面墊一薄木板，反復(fù)移動(dòng)其位置，直到打點(diǎn)計(jì)時(shí)器正常工作后不掛重物的小車(chē)在復(fù)移動(dòng)其位置，直到打點(diǎn)計(jì)時(shí)器正常工作后不掛重物的小車(chē)在斜面上做勻速直線運(yùn)動(dòng)為止斜面上做勻速直線運(yùn)動(dòng)為止(紙帶上相鄰點(diǎn)間距相等紙帶上相鄰點(diǎn)間距相等)。 (4

7、)將重物通過(guò)細(xì)繩系在小車(chē)上，接通電源放開(kāi)小車(chē)，用紙將重物通過(guò)細(xì)繩系在小車(chē)上，接通電源放開(kāi)小車(chē)，用紙帶記錄小車(chē)的運(yùn)動(dòng)情況；取下紙帶并在紙帶上標(biāo)上號(hào)碼及此時(shí)帶記錄小車(chē)的運(yùn)動(dòng)情況；取下紙帶并在紙帶上標(biāo)上號(hào)碼及此時(shí)所掛重物的重力所掛重物的重力m0g。 (5)保持小車(chē)的質(zhì)量不變，改變所掛重物的重力，重復(fù)步驟保持小車(chē)的質(zhì)量不變，改變所掛重物的重力，重復(fù)步驟4，多做幾次實(shí)驗(yàn)，每次小車(chē)從同一位置釋放，并記錄好重物的，多做幾次實(shí)驗(yàn)，每次小車(chē)從同一位置釋放，并記錄好重物的重力重力m1g、m2g，以及計(jì)算出相應(yīng)紙帶的加速度填入表格，以及計(jì)算出相應(yīng)紙帶的加速度填入表格1。表格表格1物體的質(zhì)量一定，加速度與受力的關(guān)系物

8、體的質(zhì)量一定，加速度與受力的關(guān)系實(shí)驗(yàn)次數(shù)實(shí)驗(yàn)次數(shù)加速度加速度a/(ms2)小車(chē)受力小車(chē)受力F/N12345 (6)保持托盤(pán)中所放重物的質(zhì)量不變，在小車(chē)上加放砝保持托盤(pán)中所放重物的質(zhì)量不變，在小車(chē)上加放砝碼，并測(cè)出小車(chē)與所放砝碼的總質(zhì)量碼，并測(cè)出小車(chē)與所放砝碼的總質(zhì)量M，接通電源，放開(kāi)，接通電源，放開(kāi)小車(chē)，用紙帶記錄小車(chē)的運(yùn)動(dòng)情況，取下紙帶并在紙帶上小車(chē)，用紙帶記錄小車(chē)的運(yùn)動(dòng)情況，取下紙帶并在紙帶上標(biāo)上號(hào)碼。標(biāo)上號(hào)碼。 (7)繼續(xù)在小車(chē)上加放砝碼，重復(fù)步驟繼續(xù)在小車(chē)上加放砝碼，重復(fù)步驟6，多做幾次實(shí)，多做幾次實(shí)驗(yàn)，在每次得到的紙帶上標(biāo)上號(hào)碼。驗(yàn)，在每次得到的紙帶上標(biāo)上號(hào)碼。 (8)計(jì)算出每次實(shí)驗(yàn)

9、所得紙帶的加速度值及小車(chē)與砝碼計(jì)算出每次實(shí)驗(yàn)所得紙帶的加速度值及小車(chē)與砝碼的總質(zhì)量填入表格的總質(zhì)量填入表格2。表格表格2物體受到的外力一定，加速度與質(zhì)量的關(guān)系物體受到的外力一定，加速度與質(zhì)量的關(guān)系 五、數(shù)據(jù)處理五、數(shù)據(jù)處理 1分析加速度和力的關(guān)系分析加速度和力的關(guān)系依據(jù)表格依據(jù)表格1，以加速度，以加速度a為縱坐標(biāo)，為縱坐標(biāo)，以外力以外力F為橫坐標(biāo)，作出為橫坐標(biāo)，作出aF關(guān)系關(guān)系圖像，如圖圖像，如圖423所示，由此得出結(jié)論。所示，由此得出結(jié)論。 圖圖423圖圖424 3實(shí)驗(yàn)結(jié)論實(shí)驗(yàn)結(jié)論 物體的加速度與作用在物體上的合外力成正比，與物體物體的加速度與作用在物體上的合外力成正比，與物體的質(zhì)量成反比。

10、的質(zhì)量成反比。 六、注意事項(xiàng)六、注意事項(xiàng) (1)平衡摩擦力時(shí)不要掛重物，而且平衡了摩擦力后，不平衡摩擦力時(shí)不要掛重物，而且平衡了摩擦力后，不管以后是改變盤(pán)和砝碼的質(zhì)量還是改變小車(chē)及砝碼的質(zhì)量，管以后是改變盤(pán)和砝碼的質(zhì)量還是改變小車(chē)及砝碼的質(zhì)量，都不需要重新平衡摩擦力。都不需要重新平衡摩擦力。 (2)實(shí)驗(yàn)中必須滿(mǎn)足小車(chē)和砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)大于小盤(pán)和砝實(shí)驗(yàn)中必須滿(mǎn)足小車(chē)和砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)大于小盤(pán)和砝碼的總質(zhì)量。碼的總質(zhì)量。 (3)各紙帶上的加速度各紙帶上的加速度a，都應(yīng)是該紙帶上的平均加速度。，都應(yīng)是該紙帶上的平均加速度。 (4)作圖像時(shí)，要使盡可能多的點(diǎn)在所作直線上，不在直作圖像時(shí)，要使盡可能多的點(diǎn)在

11、所作直線上，不在直線上的點(diǎn)應(yīng)盡可能對(duì)稱(chēng)分布在所作直線兩側(cè)。離直線較遠(yuǎn)的線上的點(diǎn)應(yīng)盡可能對(duì)稱(chēng)分布在所作直線兩側(cè)。離直線較遠(yuǎn)的點(diǎn)是錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，可舍去不予考慮。點(diǎn)是錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，可舍去不予考慮。 (5)小車(chē)應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器且先接通電源再放手。小車(chē)應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器且先接通電源再放手。 八、它案設(shè)計(jì)八、它案設(shè)計(jì) 利用下列器材：帶有定滑輪的木板、鐵架臺(tái)、小車(chē)、利用下列器材：帶有定滑輪的木板、鐵架臺(tái)、小車(chē)、滑輪、鉤碼、大號(hào)鐵夾、米尺、細(xì)繩、粘泥等設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，滑輪、鉤碼、大號(hào)鐵夾、米尺、細(xì)繩、粘泥等設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，探究加速度探究加速度a和它所受的力和它所受的力F之間的關(guān)系。之間的關(guān)系。 (1)用用5個(gè)鐵架臺(tái)將兩塊木板架起，

12、如圖個(gè)鐵架臺(tái)將兩塊木板架起，如圖425所示。所示。由鉤碼和兩個(gè)動(dòng)滑輪組成動(dòng)力系統(tǒng)，如果不考慮滑輪本由鉤碼和兩個(gè)動(dòng)滑輪組成動(dòng)力系統(tǒng)，如果不考慮滑輪本身的質(zhì)量，拉小車(chē)身的質(zhì)量，拉小車(chē)B的力是拉小車(chē)的力是拉小車(chē)A的力的的力的2倍，即倍，即F1 F21 2。每輛小車(chē)后面拖一根細(xì)繩，繞過(guò)木板后豎直下。每輛小車(chē)后面拖一根細(xì)繩，繞過(guò)木板后豎直下垂被一固定在桌面上的大號(hào)鐵夾夾住。垂被一固定在桌面上的大號(hào)鐵夾夾住。圖圖425 (2)用粘泥將兩輛小車(chē)的質(zhì)量調(diào)整得完全一樣，用用粘泥將兩輛小車(chē)的質(zhì)量調(diào)整得完全一樣，用小車(chē)后面的細(xì)繩將小車(chē)?yán)侥景逵叶撕笥描F夾夾緊細(xì)繩，小車(chē)后面的細(xì)繩將小車(chē)?yán)侥景逵叶撕笥描F夾夾緊細(xì)繩，使

13、小車(chē)靜止。使小車(chē)靜止。 (3)在小車(chē)的起始位置做上記號(hào)，然后松開(kāi)鐵夾，在小車(chē)的起始位置做上記號(hào)，然后松開(kāi)鐵夾，兩小車(chē)便由靜止開(kāi)始做勻加速運(yùn)動(dòng)。經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)臅r(shí)間，兩小車(chē)便由靜止開(kāi)始做勻加速運(yùn)動(dòng)。經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)臅r(shí)間，再夾住鐵夾，使小車(chē)停止運(yùn)動(dòng)。再夾住鐵夾，使小車(chē)停止運(yùn)動(dòng)。 例例1在在“探究加速度與力、質(zhì)量的探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，采用如圖的實(shí)驗(yàn)中，采用如圖426所示的所示的實(shí)驗(yàn)裝置，小車(chē)及車(chē)中砝碼的質(zhì)量用實(shí)驗(yàn)裝置，小車(chē)及車(chē)中砝碼的質(zhì)量用M表表示，盤(pán)及盤(pán)中砝碼的質(zhì)量用示，盤(pán)及盤(pán)中砝碼的質(zhì)量用m表示，小車(chē)表示，小車(chē)的加速度可由小車(chē)后拖動(dòng)的紙帶打上的點(diǎn)計(jì)算出。的加速度可由小車(chē)后拖動(dòng)的紙帶打上

14、的點(diǎn)計(jì)算出。圖圖426 (1)當(dāng)當(dāng)M與與m的大小關(guān)系滿(mǎn)足的大小關(guān)系滿(mǎn)足_時(shí)，才可以認(rèn)為繩時(shí)，才可以認(rèn)為繩對(duì)小車(chē)的拉力大小等于盤(pán)及盤(pán)中砝碼的重力。對(duì)小車(chē)的拉力大小等于盤(pán)及盤(pán)中砝碼的重力。 (2)一組同學(xué)在做探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)時(shí)，保持一組同學(xué)在做探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)時(shí)，保持盤(pán)及盤(pán)中砝碼的質(zhì)量一定，改變小車(chē)及車(chē)中砝碼的質(zhì)量，測(cè)盤(pán)及盤(pán)中砝碼的質(zhì)量一定，改變小車(chē)及車(chē)中砝碼的質(zhì)量，測(cè)出相應(yīng)的加速度，采用圖像法處理數(shù)據(jù)。為了比較容易地檢出相應(yīng)的加速度，采用圖像法處理數(shù)據(jù)。為了比較容易地檢查出加速度查出加速度a與質(zhì)量與質(zhì)量M的關(guān)系，應(yīng)該做的關(guān)系，應(yīng)該做a與與_圖像。圖像。 (3)如圖如圖427(

15、a)所示為甲同學(xué)根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)做出的所示為甲同學(xué)根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)做出的aF圖線，此圖線說(shuō)明實(shí)驗(yàn)存在的問(wèn)題是圖線，此圖線說(shuō)明實(shí)驗(yàn)存在的問(wèn)題是_。圖圖427 (4)乙、丙兩同學(xué)用同一裝置做實(shí)驗(yàn)，畫(huà)出了各自乙、丙兩同學(xué)用同一裝置做實(shí)驗(yàn)，畫(huà)出了各自得到的得到的aF圖線如圖圖線如圖(b)所示，兩個(gè)同學(xué)做實(shí)驗(yàn)時(shí)的哪所示，兩個(gè)同學(xué)做實(shí)驗(yàn)時(shí)的哪一個(gè)物理量取值不同。一個(gè)物理量取值不同。 例例2在做在做“探究加速度和力、質(zhì)量的關(guān)系探究加速度和力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)中，保持小車(chē)和砝碼的總質(zhì)量不變，測(cè)得小車(chē)的加速度中，保持小車(chē)和砝碼的總質(zhì)量不變，測(cè)得小車(chē)的加速度a和拉力和拉力F的數(shù)據(jù)如下表所示：的數(shù)據(jù)如下表所示：F/

16、N0.200.300.400.500.60a/(ms2)0.110.190.290.400.51 (1)根據(jù)表中的數(shù)據(jù)在圖根據(jù)表中的數(shù)據(jù)在圖428的坐標(biāo)系上作出的坐標(biāo)系上作出aF圖像；圖像； 圖圖428(2)圖像斜率的物理意義是圖像斜率的物理意義是_。(3)小車(chē)和砝碼的總質(zhì)量為小車(chē)和砝碼的總質(zhì)量為_(kāi)kg。(4)圖線圖線(或延長(zhǎng)線或延長(zhǎng)線)與與F軸截距的物理意義是軸截距的物理意義是_。 解析解析(1)根據(jù)所給數(shù)據(jù)在所給坐標(biāo)系中準(zhǔn)確描根據(jù)所給數(shù)據(jù)在所給坐標(biāo)系中準(zhǔn)確描點(diǎn)，作出的點(diǎn)，作出的aF圖像如圖所示。圖像如圖所示。 答案答案(1)見(jiàn)解析見(jiàn)解析(2)小車(chē)和砝碼總質(zhì)量的倒數(shù)小車(chē)和砝碼總質(zhì)量的倒數(shù)(3)1(4)小車(chē)受到的阻力為小車(chē)受到的阻力為0.1 N