（2021新人教版）高中物理必修第一册4.2实验：探究加速度与力、质量的关系ppt课件.ppt

1、第四章 运动和力的关系 4.24.2实验：探究加速度与力、实验：探究加速度与力、 质量的关系质量的关系 加速度与力、质量有什么关系？加速度与力、质量有什么关系？ 实验思路实验思路：用控制变量法探究加速度用控制变量法探究加速度a a与力与力F F的关系和加速的关系和加速 度度a a与质量与质量m m的关系。的关系。 实验目的实验目的： 1 1学会用控制变量法研究物理规律。学会用控制变量法研究物理规律。 2 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、力和质量，能作出物体运动的a a-F F、 a a-m-m图像图像。 3.3.能通过实验数据及图象得出加速度与力、质量的关系能通过实验数

2、据及图象得出加速度与力、质量的关系。 实验器材实验器材： 小车、槽码、砝码、细绳、一端附有定滑轮的长木板、垫小车、槽码、砝码、细绳、一端附有定滑轮的长木板、垫 木、打点计时器、交流电源、纸带、刻度尺、天平。木、打点计时器、交流电源、纸带、刻度尺、天平。 一、实验思路一、实验思路 实验原理实验原理：实验的基本思想实验的基本思想控制变量法控制变量法 1、保持研究对象即小车的质量不变，改变槽码保持研究对象即小车的质量不变，改变槽码 的个数可以成倍地改变小车所受拉力，即改变作的个数可以成倍地改变小车所受拉力，即改变作 用力，测出小车的对应加速度，验证加速度是否用力，测出小车的对应加速度，验证加速度是否

3、 正比于作用力。正比于作用力。 2、保持小车所受拉力不变，改变研究对象即小保持小车所受拉力不变，改变研究对象即小 车的质量，测出对应不同质量的加速度，验证加车的质量，测出对应不同质量的加速度，验证加 速度是否反比于质量。速度是否反比于质量。 加速度加速度a与力与力F的关系的关系 保持小车质量不变，通过改变槽码的个数保持小车质量不变，通过改变槽码的个数 改变小车所受的拉力。改变小车所受的拉力。小车所受的拉力可认为小车所受的拉力可认为 与槽码所受的重力相等与槽码所受的重力相等。测得不同拉力下小车。测得不同拉力下小车 运动的加速度，分析加速度与拉力的变化情况，运动的加速度，分析加速度与拉力的变化情况

4、， 找出二者之间的定量关系。找出二者之间的定量关系。 加速度加速度a与力与力m的关系的关系 保持小车所受的拉力不变，通过在小车保持小车所受的拉力不变，通过在小车 上增加重物改变小车的质量。测得不同质量上增加重物改变小车的质量。测得不同质量 的小车在这个拉力下运动的加速度，分析加的小车在这个拉力下运动的加速度，分析加 速度与质量的变化情况，找出二者之间的定速度与质量的变化情况，找出二者之间的定 量关系。量关系。 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 托盘天平托盘天平为了改变小车的质量，可以为了改变小车的质量，可以 在小车中增减砝码的数量。在小车中增减砝码的数量。 2、加速

5、度的测量、加速度的测量 方法方法1 则测量小车加速度最直接的办法就是用刻度尺测量小车移动则测量小车加速度最直接的办法就是用刻度尺测量小车移动 的位移的位移x。并用秒表测量发生这段位移所用的时间。并用秒表测量发生这段位移所用的时间t，然后由，然后由 计算出加速度计算出加速度a。 小车做初速度为小车做初速度为0的匀加速直线运动。的匀加速直线运动。 2 2 1 atx 2 2 t x a 方法方法2 将打点计时器的纸带连在小车上，根据纸带上将打点计时器的纸带连在小车上，根据纸带上 打出的点来测量加速度。打出的点来测量加速度。 方法方法3 让让两个小车两个小车做初速度为做初速度为0的匀加速直线运动。的

6、匀加速直线运动。 2 1 2 1 a a x x 测量加速度就转换成测量位移了。测量加速度就转换成测量位移了。 3、力的测量、力的测量 孤力物体是不存在的，所以实验中的孤力物体是不存在的，所以实验中的F是合力。是合力。 F mg FN T Ff 1 1用天平测出小车的质量用天平测出小车的质量M M，并把数值记录下来。，并把数值记录下来。 2 2按如图所示的装置把实验器材安装好按如图所示的装置把实验器材安装好( (小车上先不小车上先不 系绳系绳) )。 3 3平衡摩擦力：平衡摩擦力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫在长木板不带定滑轮的一端下面垫 一木块，反复移动木块位置，直到轻推小车在斜面上运动一

7、木块，反复移动木块位置，直到轻推小车在斜面上运动 时可保持匀速直线运动为止时可保持匀速直线运动为止( (纸带上相邻点间距相等纸带上相邻点间距相等) )。 三、进行实验三、进行实验 次数次数123456 小车加速度小车加速度a/(ms 2) 槽码的质量槽码的质量m/kg 拉力拉力F/N 次数次数123456 小车加速度小车加速度a/(ms 2) 小车小车(含砝码含砝码)质量质量M/kg /kg 1 1由表由表1中记录的数据，以中记录的数据，以a为纵坐标、为纵坐标、F为横坐标，根为横坐标，根 据数据作据数据作aF图像图像(如图如图1)，找出规律，分析，找出规律，分析a与与F的关系。的关系。 2由表

8、由表2中记录的数据，分别以中记录的数据，分别以a为纵坐标、为纵坐标、M和为横和为横 坐标，根据数据作坐标，根据数据作aM图像和图像和a 图像图像(如图如图2、3)，分析，分析 a与与M的关系。的关系。 四、数据分析四、数据分析 3 3实验结论实验结论 (1) (1)保持物体质量不变时，物体的加速度保持物体质量不变时，物体的加速度a a与所受力与所受力F F成正比。成正比。 (2) (2)在力在力F F不变时，物体的加速度不变时，物体的加速度a a与质量与质量M M成反比。成反比。 产生原因产生原因减小方法减小方法 偶然偶然 误差误差 质量测量不准、计数点质量测量不准、计数点 间距测量不准间距测

9、量不准 多次测量求平均值多次测量求平均值 小车所受拉力测量不准小车所受拉力测量不准 准确平衡摩擦力准确平衡摩擦力 使细绳和纸带平行于木板使细绳和纸带平行于木板 作图不准作图不准 使尽可能多的点落在直线上或使尽可能多的点落在直线上或 均匀分布在直线两侧，误差较均匀分布在直线两侧，误差较 大的点舍去大的点舍去 系统系统 误差误差 槽码的总重力代替小车槽码的总重力代替小车 所受的拉力所受的拉力 使槽码的总质量远小于小车的使槽码的总质量远小于小车的 质量质量 误差分析误差分析 1平衡摩擦力时不要挂重物，整个实验平衡了摩擦力后，平衡摩擦力时不要挂重物，整个实验平衡了摩擦力后， 不管以后是改变槽码的个数，

10、还是改变小车及砝码的质量，不管以后是改变槽码的个数，还是改变小车及砝码的质量， 都不需要重新平衡摩擦力。都不需要重新平衡摩擦力。 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。只有如此，砝码和小盘的总重力才可视为与小车受质量。只有如此，砝码和小盘的总重力才可视为与小车受 到的拉力相等。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。 4作图像时，要使尽可能多的点在所作直线上，不在直作图像时，要使尽可能多的点在所作直线上，不在直 线上的点应尽可能对称分布在所作直线两侧。离直线较远线

11、上的点应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，可舍去不予考虑。的点是错误数据，可舍去不予考虑。 5释放时小车应靠近打点计时器，且先接通电源再放开释放时小车应靠近打点计时器，且先接通电源再放开 小车。小车。 注意事项注意事项 例某同学用如图例某同学用如图1所示的实验装置验证牛顿第二定律，请回答所示的实验装置验证牛顿第二定律，请回答 下列有关此实验的问题：下列有关此实验的问题： (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中所示的实验装置及下列辅助器 材：材： A交流电源、导线交流电源、导线 B天平天平(含配套砝码含配套砝码) C秒表秒表 D

12、刻度尺刻度尺 E细线、沙和小沙桶细线、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)。 C 随堂练习随堂练习 (2)打点计时器在小车拖动的纸带上打下一系列点迹，以打点计时器在小车拖动的纸带上打下一系列点迹，以 此记录小车的运动情况。其中一部分纸带上的点迹情况如此记录小车的运动情况。其中一部分纸带上的点迹情况如 图图2所示，已知打点计时器打点的时间间隔所示，已知打点计时器打点的时间间隔T0.02 s，测，测 得得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，小车运动的速度时，小车运动的速度vB_ m/s

13、； 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_ m/s2。(结果保结果保 留三位有效数字留三位有效数字) 0.680 1.61 (3)(3)在验证在验证“质量一定，加速度质量一定，加速度a a与合外力与合外力F F的关系的关系”时，时， 某学生根据实验数据作出了如图某学生根据实验数据作出了如图3 3所示的所示的a aF F图像，其中图像，其中 图线不过原点的原因是图线不过原点的原因是_，图线在末端，图线在末端 弯曲的原因是弯曲的原因是_。 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 (3)(3)由图由图3 3所示图像可知小车的拉力为所示图像可知小车的拉

14、力为0 0时，小车的加速度大时，小车的加速度大 于于0 0，说明合外力大于，说明合外力大于0 0，说明平衡摩擦力过度，即木板与，说明平衡摩擦力过度，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 桶的质量时，才能近似认为细线对小车的拉力大小等于沙桶的质量时，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，随着和沙桶的总重力大小，随着F F的增大，即沙和沙桶的质量增的增大，即沙和沙桶的质量增 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 沙桶的质量，因此会出现较大误

15、差，图像会产生弯曲。沙桶的质量，因此会出现较大误差，图像会产生弯曲。 课堂小结课堂小结 一、实验思路一、实验思路 用控制变量法探究加速度用控制变量法探究加速度a a与力与力F F的关系和加速度的关系和加速度a a与质量与质量m m 的关系。的关系。 二、物理量的测量二、物理量的测量 质量、加速度、力的测量质量、加速度、力的测量 三、三、进行实验进行实验 四、数据分析四、数据分析 (1)(1)保持物体质量不变时，物体的加速度保持物体质量不变时，物体的加速度a a与所受力与所受力F F成正比。成正比。 (2)(2)在力在力F F不变时，物体的加速度不变时，物体的加速度a a与质量与质量M M成反比。成反比。