人教物理必修一实验探究加速与力质量的关系.pptx

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牛顿运动定律,第二节 实验：探究加速度与,力、质量的关系,利用视频,动漫定性实验,，说明用同样大小的力推不同质量荡秋千的人，摆动幅度不同；用不同的力推同一人，摆动幅度也不同，说明加速度与力、质量都有关系。那么，加速度与力、质量有什么关系呢？本节课我们通过实验来探究加速度与力、质量的关系。导入新课。,关于实验的基本思路，学生在初中已很清楚，本节课设计了让学生结合自身的生活经验和一些常识，对加速度与力、质量之间的定量关系进行合理的猜想。这与实验数据的处理直接相关。设计合理的实验方案，控制变量方法的应用，实验数据的处理是本章的重点，课件设计时重点进行了考查，怎样测量（或比较）物体的加速度，怎样提供和测量物体所受的合外力是本节学生理解的的难点。通过讲解和习题训练，加深学生的理解。最后，再设计,4,个课堂检测题，来检测学生掌握的情况，发现存在的问题。,1.,理解探究加速度与力、质量的关系的合理性和必要性。,2.,理解实验思路的合理性，以及用图像处理实验数据的有效性。,3.,体验如何平衡摩擦阻力、减小实验系统误差的操作方法。,4.,体会整个探究过程的科学严谨和合理性。,学习重点：,1.,控制变量法的使用。,2.,如何提出实验方案并使实验方案合理可行。,3.,实验数据的分析与处理。,学习难点：,1.,如何提出实验方案并使实验方案合理可行。,2.,实验数据的分析与处理。,1,.,播放素材视频,动漫定性实验,的内容。,2,.,用同样大小的力推不同质量的荡秋千的人，摆动幅度不同；用不同大小的力推同一荡秋千的人，摆动幅度不同。那么，力、质量、加速度三者有什么关系呢？本节课我们就通过实验来研究加速度与力、质量的关系。,复习,回顾,1.,速度,是描述物体运动状态的物理量；,加速度,是描述物体运动状态变化快慢的物理量。,3.,加速度的大小与物体,受力大小,有关。,加速度的大小与物体的,质量大小,有关。,2.,牛顿第一定律：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。即力是产生加速度的原因。,一、实验目的,1.,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。,二、实验原理,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,a,F,合,。,2.,当力一定时，研究加速度与质量的关系,a,1/,m,。,m,F,1,m,F,2,F,1,F,2,m,2,F,m,1,m,2,m,1,F,结论：,当物体质量一定时，物体的加速度随着力的增大而增大,。,结论：,当力的大小一定时，物体的加速度随着质量的增大而减小,。,注意：这里的力指的是物体所受的合外力,控制变量法,明确几个问题,:,2.,如何由实验得出结论,?,1.,怎么设计这个实验,?,测量哪些量,?,怎么测量,?,a,、,F,、,m,求出物体所受的合力,m,：,a,:,F,:,天平,？,数据处理,m,不变时，,a,与,F,关系,F,不变时，,a,与,m,关系,三、实验设计,实验方案一：测加速度法,实验方案二：设计对比实验,钩码,纸带,打点,计时器,小车,小车,:,打点计时器,:,测量小车运动过程中的加速度,钩码：重力提供拉力,研究对象，可用天平称其质量,合力,F,=?,G,F,N,F,f,一、测加速度法,（一）实验装置,1.,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？,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,(,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。,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。,（二）实验步骤,1.,用天平测出小车的质量。,2.,安装好实验装置，在小车上装好纸带，纸带另一端穿过计时器限位孔，调整木板倾斜程度，平衡摩擦力。,3.,控制小车质量不变，用细线将钩码与小车相连（钩码质量远小于小车质量），打开打点计时器，释放小车，,测出一组数据。,4.,改变钩码质量，多测几组数据。,5.,控制钩码质量不变，改变小车质量，再测几组数据。,F,/,N,a,/ms,-2,0.15,0.30,0.45,0.60,0.75,0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5,当小车质量不变时,次数,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 0.751,1.,探究加速度与合力的关系,如何更直观地处理数据？,m,/,kg,a/ms,-2,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2,当拉力不变时,次数,m/kg,a/m s,-2,1,2,3,4,5,1/,m,(kg,-1,),2.50,2.00,1.33,1.00,0.83,0.400 0.861,0.500 0.692,0.750 0.470,1.000 0.352,1.200 0.290,2.,探究加速度与质量的关系,1/,m,(kg,-1,),a/ms,-2,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5,（三）实验结论,m,一定时，,a,F,F,一定时，,a,1/,m,F,/,N,a,/ms,-2,0.15,0.30,0.45,0.60,0.75,0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5,1/,m,(kg,-1,),a,/ms,-2,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5,不变,保持力,方案二：,设计对比实验,设计方案,保持小车,质量不变,（一）实验方案原理,x,1,x,2,F,1,F,2,在相同的时间内，两小车移动的距离分别为,:,a,1,/,a,2,=,x,1,/,x,2,测量出,x,1,、,x,2,1.,控制,m,不变，探究,a,与,F,的关系。,2.,同理，控制,F,相同，探究,a,与,m,的关系。,保持物体的,质量不变,，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,小车质量,M,=,g,，车上砝码质量,m,=,g,，小盘质量,M,=,g,次数,小车,1,小车,2,1,2,3,4,5,位移,x,1,/cm,位移,x,2,/cm,(,M,+,m,2,),(,表示,F,2,大小,),盘中砝码,m,2,300 0 10,50,20,30,40,60,盘中砝码,m,1,(,M,+,m,1,),(,表示,F,1,大小,),70,F,2,/,F,1,x,2,/,x,1,O,次数,1,2,3,4,x,2,x,1,F,2,F,1,结论：,m,一定时，,a,F,a,F,a,1,a,2,为什么,x,2,/,x,1,可以表示小车,2,的加速度,a,?,为什么,F,2,/,F,1,可以表示小车,2,所受的拉力,F,?,保持物体所受的,力相同,，测量不同质量的物体在该力作用下的加速度，分析加速度与质量的关系,小车质量,M,=,g,，小盘质量,m,=,g,，盘中砝码质量,M,=,g,次数,小车,1,小车,2,1,2,3,4,5,位移,x,1,/cm,位移,x,2,/cm,M,+,m,2,车上砝码,m,2,300 6 50,100,50,150,200,250,车上砝码,m,1,M,+,m,1,300,小车,1,质量,M,1,小车,2,质量,M,2,x,2,/,x,1,O,次数,1,2,3,4,M,2,/,M,1,x,2,x,1,M,2,M,1,M,1,/,M,2,M,1,M,2,a,1,a,2,x,2,/,x,1,O,m,1,a,结论：,F,一定时，,a,1/,m,为什么,x,2,/,x,1,可以表示小车,2,的加速度,a,?,为什么,M,2,/,M,1,可以表示小车,2,的质量,m,?,为什么,M,1,/M,2,又表示小车,2,的,1/,m,?,（二）误差分析,1,小车质量,m,应比重物的质量,m,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。,用天平称出小车和小桶及内部所装砂子,的质量,B.,按图装好实验器材,C.,把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂砂桶,D.,将电磁打点计时器接在,6 V,电压的蓄电池上，接通电源，放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，并在纸带上标明小车质量,E.,保持小桶及其中砂子的质量不变，增加小车上的砝码个数，并记录每次增加后的,M,值，重复上述实验,F.,分析每条纸带，测量并计算出加速度的值,G.,作,a,M,关系图象，并由图象确定,a,M,的关系,实验步骤的考查,例,1.,在用如图所示的装置研究作用力,F,一定时，小车的加速度,a,与小车质量,M,的关系时，某位同学设计的实验步骤如下：,(1),该同学漏掉的重要实验步骤是,，该步骤应排在,步实验之后。,(2),在上述步骤中，有错误的是,，应把,改为,。,(3),在上述步骤中，处理不恰当的是,，应把,改为,。,平衡摩擦力,B,D,6 V,的蓄电池,6 V,以下交流电压的学生电源,G,a,1/,M,a,M,例,2.,某实验小组的同学在“探究加速度与物体的质量以及外力的关系”的实验中，当物体的质量一定时，分别根据实验数据画出了不同的实验图象，如图所示。则下列说法中正确的是,(,),数据处理的考查,A.,形成图甲的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大,B.,形成图乙的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小,C.,形成图丙的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大,D.,形成图丁的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小,AD,实验数据的处理,例,3.,在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，实验装置如图所示。,(1),为验证小车质量,M,不 变时，,a,与,F,成正比。小车质量,M,和沙及桶的质量,m,分别选取下列几组数值。应该用哪组效果会好,(,),A.,M,500 g,，,m,分别为,50 g,、,70 g,、,100 g,、,125 g,B.,M,500 g,，,m,分别为,20 g,、,30 g,、,40 g,、,50 g,C.,M,200 g,，,m,分别为,50 g,、,70 g,、,100 g,、,125 g,D.,M,200 g,，,m,分别为,30 g,、,40 g,、,50 g,、,60 g,B,(2),有两位同学通过测量作出,a,F,图象，如图甲、乙所示。试分析：,A,图线不通过坐标原点的原因是,_,；,A,图线上部弯曲的原因是,_,；,B,图线在纵轴上有截距的原因是,_,。,没有平衡摩擦力或摩擦力平衡不够,未满足沙和沙桶质量,m,远小于小车的质量,M,平衡摩擦力过度,探究加速度与力、质量的关系,1.,研究方法：,2.,数据处理方法：,3.,结论：,控制变量法,图象法,a,F,a,1/,m a,F,/,m,1,关于“探究加速度与力、质量的关系”的实验，下列说法中符合实际的是,(,),A.,通过同时改变小车的质量及受到的拉力的研究，能归纳出加速度、力、质量三者之间的关系,B.,通过保持小车质量不变，只改变小车的拉力的研究，就可以归纳出加速度、力、质量三者之间的关系,C.,通过保持小车受力不变，只改变小车质量的研究，就可以得出加速度、力、质量三者之间的关系,D.,先不改变小车质量，研究加速度与力的关系；再不改变受力，研究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度、力、质量三者之间的关系,D,2.,在做“探究加速度与力、质量的关系”的实验时，某学生将实验装置如图所示安装，准备接通电源后开始做实验，但他的装置图中有两个明显的错误，请你指出来：,（,1,）,（,2,）,没有平衡摩擦力,打点计时器应使用低压交流电源,(1),根据表中的数据在如图所示的,坐标中作出,a,F,图象；,3,某同学在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，测得小车的加速度,a,和拉力,F,的数据如下表所示：,F,/N,0.20,0.30,0.40,0.50,0.60,a,/(m,s,2,),0.11,0.19,0.29,0.40,0.51,(2),图象的斜率的物理意义是,_,_,；,(3),图象,(,或延长线,),与,F,轴的截距的物,理意义是,_,；,(4),小车和砝码的总质量为,_ kg,。,小车和砝码的总质量的倒数,小车受到的阻力,1,4.,如图所示，两个高,1.2 m,左右的支架上，放着两条平行光滑铝合金导轨，且已调成水平状态，在光滑的导轨上放着两辆质量相等、性能一样的小车，,1,号车放在左边，系有一根通过木板右端的小定滑轮的细线，绳端有一小桶，桶中可放砝码。,2,号车在右端，系有一根通过木板左端的小定滑轮的细线，绳端有一相同的小桶，两辆车一开始被左、右两端的电磁铁吸住，电磁铁串联后接在,6 V,的学生电源上,(,闭合,),，断开电源，电磁铁同时失去磁性，小车在拉力作用下从两端向中间运动，在某位置相碰，记下相碰位置，可以通过木板上的刻度知道两车通过的位移。根据位移公式,x,at,2,/2,，由于两车的运动时间,t,相等，因此比较两车的位移,x,就可比较两车的加速度,a,，试作比较。,解析：,由于两车的质量相同，所放砝码的个数,(,即小车所受的拉力,),不同，设放开后经时间,t,两车在,P,点相遇，如下图所示，设两车的位移分别为,x,1,、,x,2,则：,答案：,a,1,/,a,2,=,x,1,/,x,2,