第4章 2. 实验：探究加速度与力、质量的关系—人教版（2019）高中物理必修第一册课件(共41张PPT).ppt

1、第四章第四章 运动和力的关系运动和力的关系 2实验：探究加速度与力、质量的关系实验：探究加速度与力、质量的关系 目标体系构建目标体系构建 课前预习反馈课前预习反馈 课内互动探究课内互动探究 素养脉络构建素养脉络构建 课堂达标检测课堂达标检测 夯基提能作业夯基提能作业 返回导航 第四章 运动和力的关系 物理必修 第一册 RJ 目标体系构建目标体系构建 返回导航 第四章 运动和力的关系 物理必修 第一册 RJ 【学习目标】【学习目标】 1学会用学会用“控制变量法控制变量法”探究加速度与力、质量的定量关系。探究加速度与力、质量的定量关系。 2会测量加速度、力和质量，能作出物体运动的会测量加速度、力和

2、质量，能作出物体运动的 aF、a 1 M图像。 图像。 3通过图像探究加速度与力、质量的定量关系。通过图像探究加速度与力、质量的定量关系。 返回导航 第四章 运动和力的关系 物理必修 第一册 RJ 【思维脉络思维脉络】 返回导航 第四章 运动和力的关系 物理必修 第一册 RJ 课前预习反馈课前预习反馈 返回导航 第四章 运动和力的关系 物理必修 第一册 RJ 一一、实验思路实验思路 1实验装置实验装置 将小车置于将小车置于_上上，通过滑轮与通过滑轮与_相连相连。小车可以在小车可以在 槽码的牵引下运动槽码的牵引下运动。 水平木板水平木板 槽码槽码 返回导航 第四章 运动和力的关系 物理必修 第一

3、册 RJ 2实验思路实验思路 (1)加速度与力的关系加速度与力的关系 保持小车保持小车_ 改变槽码的个数改变槽码的个数 测得不同测得不同_下下小车运动小车运动 的加速度的加速度 分析分析 加速度与加速度与_的变化情况的变化情况 找出找出 二者之间的定量关二者之间的定量关 系。系。 (2)加速度与质量的关系加速度与质量的关系 保持小车所受的保持小车所受的_ 改变小车的质量改变小车的质量 测得不同测得不同_的小的小 车在这个拉力下运动的加速度车在这个拉力下运动的加速度 分析分析 加速度与加速度与_的变化情况的变化情况 找出找出 二者之间的定量关系。二者之间的定量关系。 质量不变质量不变 拉力拉力

4、拉力拉力 拉力不变拉力不变 质量质量 质量质量 返回导航 第四章 运动和力的关系 物理必修 第一册 RJ 二、物理量的测量二、物理量的测量 1质量的测量：质量的测量：可以用可以用_测量。测量。 2加速度的测量加速度的测量 方法方法 1：由：由 x1 2at 2 计算出加速度计算出加速度 a_。 方法方法 2：将打点计时器的纸带连在小车上，根据：将打点计时器的纸带连在小车上，根据_打出的点打出的点 来测量加速度。来测量加速度。 天平天平 纸带上纸带上 2x t2 返回导航 第四章 运动和力的关系 物理必修 第一册 RJ 方法方法3：两个初速度为零的匀加速直线运动的物体：两个初速度为零的匀加速直线

5、运动的物体，在相等时间内的在相等时间内的 位移之比就等于加速度之比位移之比就等于加速度之比，即即_。 3力的测量：力的测量：小车所受的拉力小车所受的拉力_合力合力，用悬挂物重力替代小用悬挂物重力替代小 车所受的拉力车所受的拉力。(条件是槽码的质量要比小车的质量小很多条件是槽码的质量要比小车的质量小很多) 替代替代 x1 x2 a1 a2 返回导航 第四章 运动和力的关系 物理必修 第一册 RJ 课内互动探究课内互动探究 返回导航 第四章 运动和力的关系 物理必修 第一册 RJ 一一、实验步骤实验步骤 1安装实验器材：安装实验器材：将小车置于带有定滑轮的木板上将小车置于带有定滑轮的木板上，将纸带

6、穿过打将纸带穿过打 点计时器后挂在小车尾部点计时器后挂在小车尾部。 2平衡摩擦力：平衡摩擦力：用薄垫块将一端垫高用薄垫块将一端垫高，调整其倾斜程度调整其倾斜程度，直到小车直到小车 运动时打点计时器在纸带上打出的点分布均匀为止运动时打点计时器在纸带上打出的点分布均匀为止。 3悬挂重物：悬挂重物：在细线一端挂上重物在细线一端挂上重物，另一端通过定滑轮系在小车前另一端通过定滑轮系在小车前 端端。 4收集纸带数据：收集纸带数据：将小车靠近打点计时将小车靠近打点计时 器后开启打点计时器器后开启打点计时器，并让小车由静止释放并让小车由静止释放， 打点计时器在纸带上打出一系列点打点计时器在纸带上打出一系列点

7、，据此计算据此计算 出小车的加速度出小车的加速度。 返回导航 第四章 运动和力的关系 物理必修 第一册 RJ 5改变小车受力：改变小车受力： (1)保持小车的质量不变保持小车的质量不变，通过增加槽码的数量通过增加槽码的数量，增加重物的质量增加重物的质量(总总 质量仍远小于小车质量质量仍远小于小车质量)。接通电源后放开小车接通电源后放开小车，用纸带记录小车的运动用纸带记录小车的运动 情况情况。取下纸带取下纸带。并在纸带上标上号码及所挂槽码的总重力并在纸带上标上号码及所挂槽码的总重力m1g。 (2)重复步骤重复步骤4，多做几次实验多做几次实验，并记录好相应纸带的编号及所挂槽码并记录好相应纸带的编号

8、及所挂槽码 的总重力的总重力m2g、m3g 返回导航 第四章 运动和力的关系 物理必修 第一册 RJ 6改变小车质量：改变小车质量： (1)保持重物保持重物(小车所受的拉力小车所受的拉力)不变不变，通过增加或减少小车上的砝码通过增加或减少小车上的砝码 的方式的方式，改变小车的质量改变小车的质量，接通电源后放开小车接通电源后放开小车，用纸带记录小车的运用纸带记录小车的运 动情况动情况。取下纸带取下纸带，并在纸带上标上号码及小车和砝码的总质量并在纸带上标上号码及小车和砝码的总质量M1。 (2)继续在小车上增加砝码继续在小车上增加砝码，重复步骤重复步骤6，多做几次实验多做几次实验，在每次实验在每次实

9、验 得到的纸带上标上号码及小车和砝码的总质量得到的纸带上标上号码及小车和砝码的总质量M2、M3 7求加速度：求加速度：用公式用公式xaT2，求得小车的加速度求得小车的加速度a，将得到的数据将得到的数据 填入相应表格中填入相应表格中，以便进行数据处理以便进行数据处理。 返回导航 第四章 运动和力的关系 物理必修 第一册 RJ 二二、数据收集与分析数据收集与分析 1列列F、a数据收集表：数据收集表： 把小车在不同力作用下产生的加速度填在表中：把小车在不同力作用下产生的加速度填在表中： 物理量物理量 1 2 3 4 5 6 作用力作用力(槽码的重力槽码的重力) 加速度加速度a 返回导航 第四章 运动

10、和力的关系 物理必修 第一册 RJ 2作作aF图像的方法：图像的方法：以以a为纵坐标为纵坐标，F为横坐标为横坐标，根据数据作根据数据作a F图像图像，用曲线拟合测量点用曲线拟合测量点，找出规律找出规律，分析分析a与与F的关系的关系。 返回导航 第四章 运动和力的关系 物理必修 第一册 RJ 3列列M、a收集数据收集数据 把不同质量的小车把不同质量的小车(小车和砝码小车和砝码)在相同力的作用下产生的加速度填在在相同力的作用下产生的加速度填在 表中：表中： 物理量物理量 1 2 3 4 5 6 小车和砝码质量小车和砝码质量 M 1 M 加速度加速度 a 返回导航 第四章 运动和力的关系 物理必修

11、第一册 RJ 4作作 a 1 M图像的方法： 图像的方法：分别以分别以 a 为纵坐标、为纵坐标、M 和和 1 M为横坐标，根 为横坐标，根 据数据作据数据作 aM 图像和图像和 a 1 M图像，分析 图像，分析 a 与与 M 的关系。的关系。 5实验结论：实验结论： (1)对同一物体，当对同一物体，当 M 不变时，物体的加速度不变时，物体的加速度 a 与所受力与所受力 F 成正比。成正比。 (2)对不同物体，当对不同物体，当 F 不变时，物体的加速度不变时，物体的加速度 a 与质量与质量 M 成反比。成反比。 返回导航 第四章 运动和力的关系 物理必修 第一册 RJ 三三、注意事项注意事项 1

12、平衡摩擦力时不要挂重物平衡摩擦力时不要挂重物，整个实验平衡了摩擦力后整个实验平衡了摩擦力后，不管以后不管以后 是改变槽码的个数是改变槽码的个数，还是改变小车及砝码的质量还是改变小车及砝码的质量，都不需要重新平衡摩都不需要重新平衡摩 擦力擦力。 2实验中必须满足小车和砝码的总质量远大于槽码的总质量实验中必须满足小车和砝码的总质量远大于槽码的总质量。只有只有 如此如此，砝码和小盘的总重力才可视为与小车受到的拉力相等砝码和小盘的总重力才可视为与小车受到的拉力相等。 3各纸带的加速度各纸带的加速度a，都应是该纸带上的平均加速度都应是该纸带上的平均加速度。 返回导航 第四章 运动和力的关系 物理必修 第

13、一册 RJ 4作图像时作图像时，要使尽可能多的点在所作直线上要使尽可能多的点在所作直线上，不在直线上的点应不在直线上的点应 尽可能对称分布在所作直线两侧尽可能对称分布在所作直线两侧。离直线较远的点是错误数据离直线较远的点是错误数据，可舍去可舍去 不予考虑不予考虑。 5释放时小车应靠近打点计时器释放时小车应靠近打点计时器，且先接通电源再放开小车且先接通电源再放开小车。 返回导航 第四章 运动和力的关系 物理必修 第一册 RJ 用如图所示的装置研究在作用力用如图所示的装置研究在作用力F一定一定 时时，小车的加速度小车的加速度a与小车质量与小车质量M的关系的关系，某位同学设计的实验步骤如某位同学设计

14、的实验步骤如 下：下： 一一 对实验原理及操作过程的考查对实验原理及操作过程的考查 典例剖析典例剖析 典题典题 1 返回导航 第四章 运动和力的关系 物理必修 第一册 RJ A用天平称出小车和小桶及内部所装沙子的质量；用天平称出小车和小桶及内部所装沙子的质量； B按图装好实验器材；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沙桶；把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂沙桶； D将电磁打点计时器接在电压为将电磁打点计时器接在电压为6 V的蓄电池上的蓄电池上，接通电源接通电源，放开放开 小车小车，打点计时器在纸带上打下一系列点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；并在纸带上标

15、明小车质量； E保持小桶及其中沙子的质量不变保持小桶及其中沙子的质量不变，增加小车上的砝码个数增加小车上的砝码个数，并记并记 录每次增加后的录每次增加后的M值值，重复上述实验；重复上述实验； F分析每条纸带分析每条纸带，测量并计算出加速度的值；测量并计算出加速度的值； G作作aM关系图像关系图像，并由图像确定并由图像确定aM关系关系。 返回导航 第四章 运动和力的关系 物理必修 第一册 RJ (1)该同学漏掉的重要实验步骤是该同学漏掉的重要实验步骤是_，该步骤应排在该步骤应排在_ 步实验之后步实验之后。 (2)在上述步骤中在上述步骤中，有错误的是有错误的是_，应把应把_改改 为为_。 (3)在

16、 上述 步 骤 中在 上述 步 骤 中 ， 处 理 不 恰 当 的 是处 理 不 恰 当 的 是 _，应把应把 _ 改 为改 为 _。 思路引导：思路引导：掌握实验原理及操作过程是处理该类问题的关键掌握实验原理及操作过程是处理该类问题的关键。 平衡摩擦力平衡摩擦力 B D 电压为电压为6 V的蓄电池的蓄电池 6 V以下低压交流学生电源以下低压交流学生电源 G aM a 1 M 返回导航 第四章 运动和力的关系 物理必修 第一册 RJ 解析：解析：实验中把小桶及其中沙子的重力看实验中把小桶及其中沙子的重力看作与小车所受拉力大小相作与小车所受拉力大小相 等，没有考虑摩擦力，故必须平衡摩擦力。电磁打

17、点计时器接在等，没有考虑摩擦力，故必须平衡摩擦力。电磁打点计时器接在 6 V 电电 压的蓄电池上将无法工作，必须接在压的蓄电池上将无法工作，必须接在 6 V 以下交流电压的学生电源上。以下交流电压的学生电源上。 作作 aM 关系图像，得到的是双曲线，很难作出正确的判断，必须关系图像，得到的是双曲线，很难作出正确的判断，必须“化化 曲为直曲为直”，改为，改为 a 1 M关系图像。 关系图像。 返回导航 第四章 运动和力的关系 物理必修 第一册 RJ 1(2019浙江省嘉兴一中高一上学期期浙江省嘉兴一中高一上学期期 中中)如图所示是如图所示是“探究加速度与力探究加速度与力、质量的关质量的关 系系”

18、实验装置：实验装置： 对点训练对点训练 (1)下图是实验时平衡阻力的情形下图是实验时平衡阻力的情形，其中正确的是其中正确的是_(选填字母选填字母)。 C 返回导航 第四章 运动和力的关系 物理必修 第一册 RJ (2)在平衡阻力后在平衡阻力后，当小车总质量当小车总质量_(填填“远大于远大于”“”“远小远小 于于”或或“近似等于近似等于”)小盘及盘内物体的总质量时小盘及盘内物体的总质量时，小盘及盘内物体的总小盘及盘内物体的总 重力大小近似等于小车运动时所受的拉力大小重力大小近似等于小车运动时所受的拉力大小。实验时可通过增减小盘实验时可通过增减小盘 中中_(选填选填“50 g钩码钩码”或或“1 g

19、砝码砝码”)的个数来改变拉力的大的个数来改变拉力的大 小小。 解析：解析：(1)平衡阻力时平衡阻力时，小车前面不能有拉力小车前面不能有拉力，小车后面要连接纸小车后面要连接纸 带带，纸带要穿过打点计时器纸带要穿过打点计时器，故选故选C。 (2)为减小误差为减小误差，小车总质量要远大于小盘及盘内物体的总质量；实小车总质量要远大于小盘及盘内物体的总质量；实 验时应通过增减验时应通过增减“1 g”砝码的个数来改变拉力的大小砝码的个数来改变拉力的大小。 远大于远大于 1 g砝码砝码 返回导航 第四章 运动和力的关系 物理必修 第一册 RJ 在做在做“探究加速度与力探究加速度与力、质量的关质量的关 系系”

20、的实验时的实验时，计算出各纸带的加速度后计算出各纸带的加速度后，将测得的反映加速度将测得的反映加速度a和和F关关 系的有关资料记录在表一中系的有关资料记录在表一中。将测得的反映加速度将测得的反映加速度a和质量和质量M关系的有关关系的有关 资料记录在表二中资料记录在表二中。 表一表一 表二表二 二二 实验数据的分析与处理实验数据的分析与处理 典例剖析典例剖析 典题典题 2 a/(ms 2) 1.98 4.06 5.95 8.12 F/ N 1.00 2.00 3.00 4.00 a/(m s 2) 2.04 2.66 3.23 3.98 1 M/ kg 1 0.50 0.67 0.80 1.00

21、 返回导航 第四章 运动和力的关系 物理必修 第一册 RJ (1)请根据表中所列数据，分别画出请根据表中所列数据，分别画出 aF 图像和图像和 a 1 M图像。 图像。 (2)由图像可以判定：当由图像可以判定：当 M 一定时，一定时，a 与与 F 的关系为的关系为_； 当当 F 一定时，一定时，a 与与 M 的关系为的关系为_。 (3)由由 aF 图像可知图像可知 M_。 (4)由由 a 1 M图像可知， 图像可知，F_(保留一位有效数字保留一位有效数字)。 正比关系正比关系 反比关系反比关系 0.5 kg 4 N 思路引导：思路引导： 根据数据描点作图；根据数据描点作图； 由图像分析由图像分

22、析“a 与与 F”“”“a 与与 1 M” ” 的关系；的关系；根据根据“a 与与 F、M”的关系求解的关系求解 M、F 的值。的值。 返回导航 第四章 运动和力的关系 物理必修 第一册 RJ 答案：答案：(1)aF 图像和图像和 a 1 M图像分别如图甲、乙所示。 图像分别如图甲、乙所示。 返回导航 第四章 运动和力的关系 物理必修 第一册 RJ 解析：解析：本题主要考查对本题主要考查对实验数据的处理和分析，从而得到正确的实实验数据的处理和分析，从而得到正确的实 验结论，若验结论，若 a 与与 F 成正比，成正比，a 与与 1 M成正比，那么 成正比，那么 aF 图像和图像和 a 1 M图像

23、 图像 都应是一条过原点的直线，同时因实验中不可避免地出现误差，描出的都应是一条过原点的直线，同时因实验中不可避免地出现误差，描出的 点不在一条直线上是很正常的，连线时应使尽可能多的点在直线上，不点不在一条直线上是很正常的，连线时应使尽可能多的点在直线上，不 在直线上的点应大致对称地分布在直线两侧，离直线较远的点应视为错在直线上的点应大致对称地分布在直线两侧，离直线较远的点应视为错 误数据，不需考虑；误数据，不需考虑； 另外可以从图像的斜率的物理意义出发求出相应的另外可以从图像的斜率的物理意义出发求出相应的 物理量。物理量。 返回导航 第四章 运动和力的关系 物理必修 第一册 RJ 2某同学用

24、如图某同学用如图1所示的实验装置验证牛顿第二定律所示的实验装置验证牛顿第二定律，请回答下列请回答下列 有关此实验的问题：有关此实验的问题： (1)该同学在实验前准备了图该同学在实验前准备了图1中所示的实验装置及下列辅助器材：中所示的实验装置及下列辅助器材： A交流电源交流电源、导线导线 B天平天平(含配套砝码含配套砝码) C秒表秒表 D刻度尺刻度尺 E细线细线、沙和小沙桶沙和小沙桶 其中不必要的器材是其中不必要的器材是_(填代号填代号)。 对点训练对点训练 C 返回导航 第四章 运动和力的关系 物理必修 第一册 RJ (2)打点计时器在小车拖动的纸带上打下一系列点迹打点计时器在小车拖动的纸带上

25、打下一系列点迹，以此记录小车以此记录小车 的运动情况的运动情况。其中一部分纸带上的点迹情况如图其中一部分纸带上的点迹情况如图2所示所示，已知打点计时器已知打点计时器 打点的时间间隔打点的时间间隔T0.02 s，测得测得A点到点到B、C点的距离分别为点的距离分别为x15.99 cm、x213.59 cm，则在打下点迹则在打下点迹B时时，小车运动的速度小车运动的速度vB_ m/s/s；小车做匀加速直线运动的加速度；小车做匀加速直线运动的加速度a a_ m/m/s2。(结果保留三位结果保留三位 有效数字有效数字) 0.680 1.61 返回导航 第四章 运动和力的关系 物理必修 第一册 RJ (3)

26、在验证在验证“质量一定质量一定，加速度加速度a与合外力与合外力F的关系的关系”时时，某学生根据某学生根据 实验数据作出了如图实验数据作出了如图3所示的所示的aF图像图像，其中图线不过原点的原因是其中图线不过原点的原因是 _，图线在末端弯曲的原因是图线在末端弯曲的原因是_。 平衡摩擦力过度平衡摩擦力过度 沙和沙桶的质量太大沙和沙桶的质量太大 返回导航 第四章 运动和力的关系 物理必修 第一册 RJ 解析：解析：(1)在实验中，打点计时器可以测量时间，所以不需要秒表，在实验中，打点计时器可以测量时间，所以不需要秒表， 上述器材中不必要的为上述器材中不必要的为 C。 (2)B 点的速度等于点的速度等

27、于 AC 段的平均速度，则有：段的平均速度，则有： vBx2 2t 0.1359 20.1 m/s 0.680 m/s 根据根据 xaT2得：得： ax BC xAB t2 x 2 2x1 t2 0.1359 20.0599 0.12 m/s 2 1.61 m/s2 返回导航 第四章 运动和力的关系 物理必修 第一册 RJ (3)由图由图3所示图像可知小车的拉力为所示图像可知小车的拉力为0时时，小车的加速度大于小车的加速度大于0，说明说明 合外力大于合外力大于0，说明平衡摩擦力过度说明平衡摩擦力过度，即木板与水平面的夹角太大；该实即木板与水平面的夹角太大；该实 验中当小车的质量远大于沙和沙桶的

28、质量时验中当小车的质量远大于沙和沙桶的质量时，才能近似认为细线对小车才能近似认为细线对小车 的拉力大小等于沙和沙桶的总重力大小的拉力大小等于沙和沙桶的总重力大小，随着随着F的增大的增大，即沙和沙桶的质即沙和沙桶的质 量增大量增大，逐渐地沙和沙桶的质量不再满足小车质量远大于沙和沙桶的质逐渐地沙和沙桶的质量不再满足小车质量远大于沙和沙桶的质 量量，因此会出现较大误差因此会出现较大误差，图像会产生弯曲图像会产生弯曲。 返回导航 第四章 运动和力的关系 物理必修 第一册 RJ 素养脉络构建素养脉络构建 返回导航 第四章 运动和力的关系 物理必修 第一册 RJ 返回导航 第四章 运动和力的关系 物理必修 第一册 RJ 课堂达标检测课堂达标检测 返回导航 第四章 运动和力的关系 物理必修 第一册 RJ 夯基提能作业夯基提能作业