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(共48張PPT)
4.2 實驗:探究加速度與
力、質量的關系
人教版（2019） 高一上
生活經驗：用大的力推物體，物體會獲得大的加速度；而用小的力推相同的物體，物體會獲得小的加速度。
加速度和力之間存在什么樣的關系呢？
溫故知新:
牛頓第一定律：一切物體總保持勻速直線運動狀態或靜止狀態，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態。
復習思考：
？
力
運動狀態變化
速度變化
產生加速度
力是產生加速度的原因
加速度a 可能與F和m有怎樣的關系
思考
m
F1
m
F2
F1m2
F
m1m1
F
a1a1＞a2
注意：這里的力指的是物體所受的合力
物體的加速度a與所受到的合外力F、物體質量m有怎樣的定量關系？
研究方法：控制變量法
保持m不變，改變F，研究a 與F的關系;
保持F不變，改變m，研究a與m的關系。
明確幾個問題:
2.如何由實驗得出結論
1.怎么設計這個實驗
1.測量哪些量
2.怎么測量
數據處理：
m不變時，a與F關系；
F不變時，a與m關系。
a、F、m
m：
a:
F:
天平
求出物體所
受的合力
如何測量加速度a:
1.直接測量
2.間接比較
構建一勻變速直線運動
打點計時器
光電門
對應
儀器
控制運動時間t相同
a與x成正比,用x比較a的大小
【實驗器材】
打點計時器，紙帶及復寫紙，小車，一端附有滑輪的長木板，小盤和砝碼，細繩，低壓交流電源，導線，天平，刻度尺．
實驗器材
學生電源
打點計時器
軌道
紙帶、復寫紙
鉤碼
小車
刻度尺
其他：導線、細繩
槽碼
天平
1.用天平測出小車的質量。
2.安裝好實驗裝置，在小車上裝好紙帶，紙帶另一端穿過計時器限位孔，調整木板傾斜程度，平衡摩擦力。
3.控制小車質量不變，用細線將鉤碼與小車相連（鉤碼質量遠小于小車質量），打開打點計時器，釋放小車，
測出一組數據。
4.改變鉤碼質量，多測幾組數據。
5.控制鉤碼質量不變，改變小車質量，再測幾組數據。
【實驗步驟】
◆．實驗設計:
方案一：用打點計時器探究
小車：
研究對象，可用天平稱其質量M.
打點計時器：測量小車運動過程中的加速度a.
砝碼盤和砝碼：重力mg提供拉力
合力F=
G
FN
F
f
平衡摩擦力：
G
G1
FN
f
G1平衡摩擦力 f。
當M >>m時，可近似認為小車所受的拉力F等于mg.
演示實驗1：探究加速度a與力F的關系
F/ N
a/m·s -2
0.15
0.30
0.45
0.60
0.75
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
當小車質量不變時 次數 F/N a/m ·s -2
1
2
3
4
5
0.10 0.146
0.20 0.302
0.30 0.428
0.40 0.592
0.50 0.751
如何更直觀地處理數據？
【數據處理】
1．實驗數據的記錄處理：
M一定，a與F關系
結論：M一定時，
a∝F
演示實驗2：探究加速度a與質量m的關系
m/ kg
a/m·s -2
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
a/m·s -2
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
/kg -1
m
1
當拉力不變時 次數 m/kg a/m ·s -2
1 0.861
2 0.692
3 0.470
4 1
5 1.200
/kg -1
2.50
2.00
1.33
1.00
0.83
m
1
0.400
0.500
0.750
0.352
0.290
2．實驗數據的記錄處理：F一定，a與 M的關系
結論：F一定時，
a∝1/M
光電門1
光電門2
擋光板
△x
X/t
方案二:利用氣墊導軌來探究
光電門
數字計時器
小車
小車
夾子
Ｆ
Ｆ
方案三：
對比試驗法
由于兩小同時啟動、同時停止,故運動時間相等(Ｖ０＝０；ｔ相同時)
讓兩小車的質量相同m1=m2，兩托盤鉤碼的個數不同 (F1≠F2) 。
探究a與 F的關系時
探究a與m的關系時
讓兩托盤鉤碼的個數相同(F1=F2) 兩小車的質量不同m1≠m2 。
保持力不變
設計對比實驗
保持小車
質量不變
裝置圖
實驗方案原理
x1
x2
F1
F2
在相同的時間內，兩小車移動的距離分別為:
a1/ a2 = x1/x2
測量出 x1 、x2
1. 控制 m 不變，探究 a 與 F 的關系。
2. 同理，控制 F 相同，探究 a與 m 的關系。
(Ｖ０＝０；ｔ相同)
◆誤差分析.M一定，a與F的關系；
a/m·s-2
F/N
0
結論：在M一定時，a與F成正比；
思考1：該圖像斜率的物理意義；
思考2：如圖粉顏色圖線是由于原因導致的？
思考3：如圖藍顏色圖線是由于原因導致的？
a0
F0
結論：沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不充分（木板的傾角過小）
結論：平衡摩擦力過度；
◆誤差分析: （系統誤差 OR 偶然誤差）
0
F
a
0
F
a
①平衡摩擦力過度
②沒有平衡摩擦力或木板的傾角過小
1、不過原點的直線
2、實驗數據明顯不共線——彎曲圖線
①軌道粗糙程度不均勻
②砂桶總質量沒有遠小于小車質量
0
a
§證明：當m<但實際上
當小車質量M恒定：理論上
應該是正比例圖像
【注意事項】
1．在平衡摩擦力時，不要把懸掛小盤的細線系在小車上，即不要給小車加任何牽引力，并要讓小車拖著打點的紙帶運動．
2．每條紙帶必須在滿足小車與車上所加砝碼的總質量遠大于小盤和砝碼的總質量的條件下打出．只有如此，小車受到的拉力才可視為等于小盤和砝碼的總重力．
3．改變拉力和小車質量后，每次開始時小車應盡量靠近打點計時器，并應先接通電源，再放開小車，且應在小車到達滑輪前按住小車．
【誤差來源】
1．測量誤差： （1）質量的測量．
（2）打點間隔距離的測量．
2．操作誤差(偶然誤差)：
（1）拉線或紙帶不與木板平行．
（2）傾斜角度不當，平衡摩擦力不準．
3．原理誤差（系統誤差）：
本實驗中用小盤和砝碼的總重力代替小車受到的拉力(實際上小車受到的拉力要小于小盤和砝碼的總重力)，存在系統誤差.
練一練
關于“探究加速度與力、質量的關系”實驗，下列說法中正確的是( )
A. 本實驗采用的方法是控制變量法
B. 探究加速度與質量的關系時，應該改變拉力的大小
C. 探究加速度與力的關系時，作a F圖象應該用線段依次將各點連接起來
D. 探究加速度與質量的關系時，為了直觀判斷二者間的關系，應作出a M圖象
A
練一練
某組同學實驗得出數據，畫出a F圖如圖所示，那么該組同學實驗中出現的問題可能是( )
A. 實驗中平衡摩擦力時長木板墊起
的角度太小
B. 實驗中平衡摩擦力時長木板墊起
的角度太大
C. 實驗中繩子拉力方向沒有跟平板平行
D. 實驗中不滿足“砂桶和砂的總質量遠小于小車質量”的條件
B
練一練
在“探究加速度與力、質量的關系”的實驗中：
(1)某同學在接通電源進行實驗之前，
將實驗器材組裝成如圖所示的裝置圖．
請你指出該裝置中的兩處錯誤或不妥之處：
①__________________________________________________；
②__________________________________________________．
(2)改正實驗裝置后，該同學順利地完成了實驗．圖中是他在實驗中得到的一條紙帶，圖中相鄰兩計數點的時間間隔為0.1s，由圖中的數據可算得小車的加速度a為_______m/s2(結果保留兩位有效數字)．
(3)為保證繩子對小車的拉力約等于小盤和重物的總重mg，小盤和重物的質量m與小車的質量M應滿足的關系是____________．
打點計時器不應使用干電池，應使用交流電源
小車初始位置離打點計時器太遠，應靠近打點計時器
0.20
M>>m
例1：在探究“加速度與力、質量的”關系實驗中，關于小車所受的合力，下列敘述中正確的是（ ）
A．小車所受合力就是所掛吊盤和砝碼的重力
B．小車所受合力的大小等于吊盤和砝碼通過細繩對小車的拉力。
C．只有平衡摩擦力后，小車所受合力才等于細繩對小車的拉力
D．只有平衡摩擦力后,且小車的質量遠大于吊盤與砝碼的總質量時小車所受合力可以認為等于吊盤和砝碼的重力
D
例2：在“探究加速度與力、質量的關系”的實驗中，采用如圖所示的裝置．
”
(1)本實驗應用的實驗方( ).
控制變量法
(2)下列說法中正確的是( )
A．在探究加速度與質量的關系時，應改變拉力的大小
B．在探究加速度與外力的關系時，應該改變小車的質量
C.在探究加速度a與質量m的關系時，為了直觀判斷二者間的關系，應作出 圖像。
D．當小車的質量遠大于托盤和砝碼的總質量時，才能近似認為細線對小車的拉力大小等于托盤和砝碼的總重力大小
CD
(3)某同學測得小車的加速度a和拉力F的數據如表所示（小車質量保持不變）
F
/N
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
a
/m·s
－
2
0.10
0.20
0.28
0.40
0.52
根據表中的數據在坐標圖上作出a-F圖像
例2：在“探究加速度與力、質量的關系”的實驗中，采用如圖所示的裝置．
圖線不過原點的原因可能是？
未平衡摩擦力或平衡摩擦力不充分。
某同學設計了一個探究加速度a與物體所受合力F及質量m關系的的實驗，如圖所示，圖甲為實驗裝置簡圖，交流電的頻率為50Hz
隨堂練習
(1)圖乙為某次實驗得到的紙帶，根據紙帶可求出小車加速度大小為________m/s2(保留兩位有效數字)
3.19
某同學設計了一個探究加速度a與物體所受合力F及質量m關系的的實驗，如圖所示，圖甲為實驗裝置簡圖，交流電的頻率為50Hz
隨堂練習
(3)保持小車質量不變，改變砂和砂桶質量，該同學根據實驗數據作出了加速度a隨合力F的變化圖線，如圖所示．該圖線不通過原點，請你分析其主要原因
_______________________________.
未平衡摩擦力或平衡摩擦力不充分。
隨堂練習
2.在“探究加速度與力、質量的關系”的實驗中，在研究作用力一定時加速度與質量成反比的結論時，下列說法中錯誤的是( )
”
A．平衡摩擦力時，應將裝砂的小桶用細繩通過定滑輪系在小車上
B．每次改變小車質量時，不需要重新平衡摩擦力
C ．實驗時，先放開小車，再接通打點計時器電源
D．小車運動的加速度，可從天平測出裝砂小桶和砂的質量m及小車質量M直接用公式 求出.
ACD
隨堂練習
3．關于本節的實驗操作，下列說法中符合實際的是( )
A．通過同時改變小車的質量m及受到的拉力F的研究，能歸納出加速度、力、質量三者之間的關系
B．通過保持小車質量不變，只改變小車的拉力的研究，就可以歸納出加速度、力、質量三者之間的關系
C ．通過保持小車受力不變，只改變小車質量的研究，就可以得出加速度、力、質量三者之間的關系
D ．先不改變小車質量，研究加速度與力的關系；再不改變小車受力，研究加速度與質量的關系，最后歸納出加速度、力、質量三者之間的關系
D
4．如圖所示是某同學做探究“加速度與力、質量的關系”實驗時，已接通電源正要釋放紙帶時的情況．請你指出該同學的五個差錯．
答案
①應用低于6V的交流電源
②應在木板的右端
③應使小車左端的線與木板平行
④應靠近打點計時器
⑤應墊高右端平衡摩擦力
隨堂練習
https://www.21cnjy.com/help/help_extract.php

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