2实验探究加速度与力、质量的关系.pptx

2 2 实验实验：探究加速度与探究加速度与力力、质量的关系质量的关系思考几个问题思考几个问题1.1.探究实验中提到的力，其内涵是什么？探究实验中提到的力，其内涵是什么？2.2.如果一个静止的物体受到不为零的合外力会怎样运如果一个静止的物体受到不为零的合外力会怎样运动？动？3.3.物体运动状态的改变是什么原因？质量对物体的运动状物体运动状态的改变是什么原因？质量对物体的运动状态的改变有影响吗？态的改变有影响吗？4.4.加速度与哪些因素有关？加速度与哪些因素有关？我们身边的运动状态变化我们身边的运动状态变化: :1.1.对同一辆车，启动时从不同档启动快慢为什么不一样？对同一辆车，启动时从不同档启动快慢为什么不一样？2.2.动力车正常行驶比小汽车要快，但启动过程为什么比小动力车正常行驶比小汽车要快，但启动过程为什么比小汽车慢得多呢？汽车慢得多呢？3.3.在书本上撒一些碎纸片，先轻轻吹，再用力吹，观察到在书本上撒一些碎纸片，先轻轻吹，再用力吹，观察到什么现象？什么现象？4.4.在书本上撒一些碎纸片和一些小石子，用力吹，观察到在书本上撒一些碎纸片和一些小石子，用力吹，观察到什么现象？什么现象？探究方案一：探究方案一：实验装置图实验装置图【实验器材实验器材】 小车、打点计时器、纸带、一端带滑轮的长木板、细线、小车、打点计时器、纸带、一端带滑轮的长木板、细线、砝码（钩码）、小盘、刻度尺、天平砝码（钩码）、小盘、刻度尺、天平1.1.小车质量的测量用小车质量的测量用 . . 2.2.打点计时器的用途是：打点计时器的用途是：打出纸带，测量计算小车的加速度打出纸带，测量计算小车的加速度. .天平天平【实验提醒实验提醒】3.3.绳拉小车的力是不是小车受到的合外力？绳拉小车的力是不是小车受到的合外力？将木板的一端稍作垫高，使小车匀速下滑，此时小车的将木板的一端稍作垫高，使小车匀速下滑，此时小车的合外力多大合外力多大? ?4.4.绳子的拉力等于砝码的重量吗？为什么？绳子的拉力等于砝码的重量吗？为什么？ 不等于！因为砝码向下加速，所以绳子的拉力小于不等于！因为砝码向下加速，所以绳子的拉力小于砝砝码的重力码的重力. . 5.5.什么情况下砝码重力可以近似等于绳子拉力即小车所什么情况下砝码重力可以近似等于绳子拉力即小车所受的合外力？受的合外力？ 当砝码质量比小车质量小得多时，绳子的拉力近似等于砝当砝码质量比小车质量小得多时，绳子的拉力近似等于砝码的重力，即小车受到的合外力近似等于砝码的重力码的重力，即小车受到的合外力近似等于砝码的重力. . 6.6.如何来平衡摩擦力？如何来平衡摩擦力？我们将长木板倾斜一定角度我们将长木板倾斜一定角度，应该等于应该等于此时物体在斜面上受到的合外力为此时物体在斜面上受到的合外力为0 0。做实验时肯定无法。做实验时肯定无法这么准确，我们只要把木板倾斜到物体在斜面上大致能够这么准确，我们只要把木板倾斜到物体在斜面上大致能够匀速下滑（可以根据纸带上的点来判断）时即可匀速下滑（可以根据纸带上的点来判断）时即可. . arctan ,【处理数据处理数据. .探索结论探索结论】1.1.用天平测出小车和砝码的总质用天平测出小车和砝码的总质量量M,M,小盘和砝码的总质量小盘和砝码的总质量m,m,把数把数值记录下来值记录下来. .2.2.按如图所示把实验器材安装好按如图所示把实验器材安装好, ,只是不把悬挂小盘的细绳系在车只是不把悬挂小盘的细绳系在车上上, ,即不给小车施加牵引力即不给小车施加牵引力. .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一块木在长木板不带定滑轮的一端下面垫一块木板板. .反复移动木板的位置反复移动木板的位置, ,直至小车在斜面上运动时可以直至小车在斜面上运动时可以保持匀速直线运动状态保持匀速直线运动状态. .这时这时, ,小车拖着纸带运动时受到小车拖着纸带运动时受到的摩擦阻力恰好与小车所受的重力在斜面方向上的分力的摩擦阻力恰好与小车所受的重力在斜面方向上的分力平衡平衡. .4.4.把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂小盘把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂小盘, ,先接通电源再先接通电源再放开小车放开小车, ,打点计时器在纸带上打下一系列的点打点计时器在纸带上打下一系列的点, ,打完点打完点后切断电源后切断电源, ,取下纸带取下纸带, ,在纸带上标上纸带号码。在纸带上标上纸带号码。5.5.保持小车和砝码的质量不变保持小车和砝码的质量不变, ,在小盘里放入适量的砝码在小盘里放入适量的砝码, ,把小盘和砝码的总质量把小盘和砝码的总质量mm记录下来记录下来, ,重复步骤重复步骤4.4.在小盘内在小盘内再放入适量砝码再放入适量砝码, ,记录下小盘和砝码的总质量记录下小盘和砝码的总质量m,m,再重复再重复步骤步骤4.4.6.6.重复步骤重复步骤5 5两次两次, ,得到三条纸带得到三条纸带. .7.7.在每条纸带上都选取一段比较理想的部分在每条纸带上都选取一段比较理想的部分, ,标明计数点标明计数点, ,测量计数点间的距离测量计数点间的距离, ,算出每条纸带上的加速度的值算出每条纸带上的加速度的值. . 8.8.用纵坐标表示加速度用纵坐标表示加速度a,a,横坐标表示作用力横坐标表示作用力F,F,作用力的大作用力的大小小F F等于小盘和砝码的总重力等于小盘和砝码的总重力, ,根据实验结果在坐标平面上根据实验结果在坐标平面上画出相应的点画出相应的点, ,如果这些点是在一条过原点的直线上如果这些点是在一条过原点的直线上, ,便证便证明了加速度与作用力成正比明了加速度与作用力成正比. .9.9.保持小盘和砝码的质量不变保持小盘和砝码的质量不变, ,在小车上加砝码在小车上加砝码, ,重复上面重复上面的实验的实验, ,用纵坐标表示用纵坐标表示加速度加速度a,a,横坐标表示小车和砝码总横坐标表示小车和砝码总质量的倒数质量的倒数, ,根据实验结果在坐标平面上画出相应的点根据实验结果在坐标平面上画出相应的点. .如如果这些点是在一条过原点的直线上果这些点是在一条过原点的直线上, ,就证明了加速度与质就证明了加速度与质量成反比量成反比. .【注意事项注意事项】1.1.一定要做好平衡摩擦力的工作一定要做好平衡摩擦力的工作, ,也就是调出一个合适的也就是调出一个合适的斜面斜面, ,使小车的重力沿着斜面方向的分力正好平衡小车受使小车的重力沿着斜面方向的分力正好平衡小车受到的摩擦阻力到的摩擦阻力. .在平衡摩擦力时在平衡摩擦力时, ,不要把悬挂小盘的细线不要把悬挂小盘的细线系在小车上系在小车上, ,即不要给小车加任何牵引力即不要给小车加任何牵引力, ,并要让小车拖并要让小车拖着打点的纸带运动着打点的纸带运动. .2.2.实验步骤实验步骤2 2、3 3不需要重复不需要重复, ,即整个实验平衡了摩擦力后即整个实验平衡了摩擦力后, ,不管以后是改变小盘和砝码的总质量还是改变小车和砝不管以后是改变小盘和砝码的总质量还是改变小车和砝码的总质量码的总质量, ,都不需要重新平衡摩擦力都不需要重新平衡摩擦力. .3.3.每条纸带必须在满足小车与车上所加砝码的总质量远大每条纸带必须在满足小车与车上所加砝码的总质量远大于小盘和砝码的总质量的条件下打出于小盘和砝码的总质量的条件下打出. .只有如此只有如此, ,小盘和砝小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力码的总重力才可视为小车受到的拉力. .4.4.改变拉力和小车质量后改变拉力和小车质量后, ,每次开始时小车应尽量靠近打点每次开始时小车应尽量靠近打点计时器计时器, ,并应先接通电源并应先接通电源, ,再放开小车再放开小车, ,且应在小车到达滑轮且应在小车到达滑轮前按住小车前按住小车. .5.5.作图象时作图象时, ,要使尽可能多的点分布在所作直线上要使尽可能多的点分布在所作直线上, ,直线外直线外的点应尽可能对称分布在所作直线两侧的点应尽可能对称分布在所作直线两侧. .6.6.作图时两轴标度比例要选择适当作图时两轴标度比例要选择适当, ,各量须采用国际单位各量须采用国际单位. .这样作图线时这样作图线时, ,坐标点间距不至于过密坐标点间距不至于过密, ,误差会小些误差会小些. .1.1.加速度与合外力的关系加速度与合外力的关系 实验基本思路：实验基本思路：保持物体的质量保持物体的质量不变，测量物体在不同的合力作不变，测量物体在不同的合力作用下物体的加速度，分析加速度用下物体的加速度，分析加速度与合外力的关系。与合外力的关系。 采用控制变量法验采用控制变量法验证牛顿第二定律证牛顿第二定律实验数据的记录处理：实验数据的记录处理： F/NF/Na/ma/ms s-2-20 0实验数据实验数据实验次数实验次数a aF F第一次第一次第二次第二次第三次第三次2.2.加速度与质量的关系加速度与质量的关系 实验的基本思路：实验的基本思路：保持物体所受的合外力相同，测量保持物体所受的合外力相同，测量不同质量的物体在该力的作用下的加速度，分析加速不同质量的物体在该力的作用下的加速度，分析加速度与质量的关系。度与质量的关系。 实验数据记录处理实验数据记录处理 实验数据实验数据实验次数实验次数a aM M第一次第一次第二次第二次第三次第三次1/M1/Ma/ma/m. .s s-2-20 0实验方案二：实验方案二：实验器材：实验器材：小车、一端带滑轮的长木板、粗线、砝码、小盘、小车、一端带滑轮的长木板、粗线、砝码、小盘、天平、刻度尺、宽口夹子。天平、刻度尺、宽口夹子。实验原理实验原理: :在实验中，我们可以根据两个小车的运动时间相同，结合在实验中，我们可以根据两个小车的运动时间相同，结合运动学公式运动学公式, , 得到加速度的比值等于运动位移得到加速度的比值等于运动位移的比值，在实验中我们就可以不必求出加速度而是直接求的比值，在实验中我们就可以不必求出加速度而是直接求位移的比就可以表示加速度的比值关系，从而使实验数据位移的比就可以表示加速度的比值关系，从而使实验数据的处理变得简单、直观。的处理变得简单、直观。21xat2实验数据处理实验数据处理 F F1 1/F/F2 2x x1 1/x/x2 20 01.1.加速度与力的关系（保持小车质量不变）加速度与力的关系（保持小车质量不变）次数次数1 12 23 34 412FFxaxa1122次数次数1 12 23 34 4M M2 2/M/M1 1x x1 1/x/x2 20 02.2.加速度与质量的关系（保持拉力不变）加速度与质量的关系（保持拉力不变）12MM21MMxaxa1122探究实验结论：探究实验结论：物体的加速度和物体所受到的合外力有什么关系？物体的加速度和物体所受到的合外力有什么关系？和自身的质量有什么关系？和自身的质量有什么关系？例题例题1.1.如果如果 图象是通过原点的一条直线，则说明（图象是通过原点的一条直线，则说明（ ） A A物体的加速度物体的加速度a a与质量与质量m m成正比成正比B B物体的加速度物体的加速度a a与质量与质量m m成反比成反比C C物体的质量物体的质量m m与加速度与加速度a a成正比成正比D D物体的质量物体的质量m m与加速度与加速度a a成反比成反比 B B 1a-m例题例题2.2.物理小组在一次探究活动中测量滑块与木板之间物理小组在一次探究活动中测量滑块与木板之间的动摩擦因数的动摩擦因数. .实验装置如图所示实验装置如图所示, ,一表面粗糙的木板固一表面粗糙的木板固定在水平桌面上定在水平桌面上, ,一端装有定滑轮一端装有定滑轮; ;木板上有一滑块木板上有一滑块, ,其其一端与电磁打点计时器的纸带相连一端与电磁打点计时器的纸带相连, ,另一端通过跨过定另一端通过跨过定滑轮的细线与托盘连接滑轮的细线与托盘连接. .打点计时器使用的交流电源的打点计时器使用的交流电源的频率为频率为50 Hz.50 Hz.开始实验时开始实验时, ,在托盘中放入适量砝码在托盘中放入适量砝码, ,滑块滑块开始做匀加速运动开始做匀加速运动, ,在纸带上打出一系列小点在纸带上打出一系列小点. .(1)(1)下图给出的是实验中获取的一条纸带的一部下图给出的是实验中获取的一条纸带的一部分分,0.1.2.3.4.5.6.7,0.1.2.3.4.5.6.7是计数点是计数点, ,每相邻两计数点间还有每相邻两计数点间还有4 4个打点个打点( (图中未标出图中未标出),),计数点间的距离如图所示计数点间的距离如图所示. .根据图根据图中数据计算的加速度中数据计算的加速度a a=_.(=_.(保留三位有效数字保留三位有效数字).).(2)(2)回答下列两个问题回答下列两个问题: :为测量动摩擦因数为测量动摩擦因数, ,下列物理量中还应测量的有下列物理量中还应测量的有_.(_.(填入所选物理量前的字母填入所选物理量前的字母) )A.A.木板的长度木板的长度L B.L B.木板的质量木板的质量m m1 1 C. C.滑块的质量滑块的质量m m2 2D.D.托盘和砝码的总质量托盘和砝码的总质量m m3 3 E. E.滑块运动的时间滑块运动的时间t t测量中所选定的物理量时需要的实验器材是测量中所选定的物理量时需要的实验器材是_._.(3)(3)滑块与木板间的动摩擦因数滑块与木板间的动摩擦因数=_(=_(用被测物理量的用被测物理量的字母表示字母表示, ,重力加速度为重力加速度为g).g).与真实值相比与真实值相比, ,测量的动摩擦测量的动摩擦因数因数_(_(填填“偏大偏大”或或“偏小偏小”).).写出支持你的看法的写出支持你的看法的一个论据一个论据:_.:_.解析解析: :(1)a= 0.497 m/s(1)a= 0.497 m/s2 2(2)(2)要测动摩擦因数要测动摩擦因数, ,就要测出滑块受的拉力和滑块质就要测出滑块受的拉力和滑块质量量; ;测质量就需要天平测质量就需要天平. .(3)(3)根据牛顿第二定律根据牛顿第二定律m m3 3g-mg-m2 2g=(mg=(m2 2+m+m3 3)a)a得得=这样测出的动摩擦因数比真实值偏大这样测出的动摩擦因数比真实值偏大, ,因为纸带和打点计因为纸带和打点计时器间还有摩擦时器间还有摩擦, ,计算时忽略掉计算时忽略掉, ,导致结果偏大导致结果偏大. .7654322(xxx )(xxx )9T3232m g(mm )am g1.1.在在“探究加速度与力、质量的关系探究加速度与力、质量的关系”的实验中，关于平的实验中，关于平衡摩擦力的说法中正确的是衡摩擦力的说法中正确的是( )( )A.“A.“平衡摩擦力平衡摩擦力”的本质就是让小车受到的摩擦力为零的本质就是让小车受到的摩擦力为零B.“B.“平衡摩擦力平衡摩擦力”的本质就是使小车所受的重力沿斜面的本质就是使小车所受的重力沿斜面方向的分力与所受到的摩擦阻力相平衡方向的分力与所受到的摩擦阻力相平衡C.“C.“平衡摩擦力平衡摩擦力”的目的就是要使小车所受的合力等于的目的就是要使小车所受的合力等于所挂砝码通过细绳和滑轮对小车施加的拉力所挂砝码通过细绳和滑轮对小车施加的拉力D.“D.“平衡摩擦力平衡摩擦力”是否成功，可根据小车拖动的由打点是否成功，可根据小车拖动的由打点计时器打出的纸带上的点迹间距是否均匀来确定计时器打出的纸带上的点迹间距是否均匀来确定BCDBCD2.2.在在“探究加速度与力、质量的关系探究加速度与力、质量的关系”的实验中备有下的实验中备有下列器材：列器材：A.A.打点计时器打点计时器;B.;B.天平天平;C.;C.秒表秒表;D.;D.低压交流电源低压交流电源;E.;E.电电池池;F.;F.纸带纸带;G.;G.细绳、砝码、小车、小盘；细绳、砝码、小车、小盘；H.H.薄木板薄木板;I.;I.装装有细砂的小桶有细砂的小桶其中多余的器材是其中多余的器材是_；缺少的器材是缺少的器材是_._.【解析解析】多余的器材是秒表、电池；缺少的是刻度尺、多余的器材是秒表、电池；缺少的是刻度尺、一端带滑轮的长木板一端带滑轮的长木板. .答案：答案：C C、E E 刻度尺、一端带滑轮的长木板刻度尺、一端带滑轮的长木板3. (20123. (2012宜宾高一检测宜宾高一检测) )在做在做“探究加速度与力、质量探究加速度与力、质量的关系的关系”的实验时，计算出各纸带的加速度后，将测得的的实验时，计算出各纸带的加速度后，将测得的反映加速度反映加速度a a和力和力F F关系的有关资料记录在表一中关系的有关资料记录在表一中. .将测得将测得的反映加速度的反映加速度a a和质量和质量M M关系的有关资料记录在表二中关系的有关资料记录在表二中. .1.981.984.064.065.955.958.128.121.001.002.002.003.003.004.004.002a /(m s )F/ N表一表一(1)(1)根据表中所列数据，分别画出根据表中所列数据，分别画出a-Fa-F图象和图象和a- a- 图象图象. .(2)(2)由图象可以判定：当由图象可以判定：当M M一定时，一定时，a a与与F F的关系为的关系为_；当；当F F一定时，一定时，a a与与M M的关系为的关系为_._.1M2.042.042.662.663.233.233.983.980.500.500.670.670.800.801.001.002a /(m s )/ kgM11表二表二【解析解析】本题主要考查本实验的数据处理问题以及结合本题主要考查本实验的数据处理问题以及结合图表综合分析问题的能力图表综合分析问题的能力. .（1 1）分别画出）分别画出a-Fa-F与与a- a- 的坐标，按表中数据进行描的坐标，按表中数据进行描点，作一直线，使直线经过大多数点即可得到图象，如点，作一直线，使直线经过大多数点即可得到图象，如图甲、乙所示图甲、乙所示. .1M（2 2）由于图线为直线，所以）由于图线为直线，所以a a与与F F成正比，成正比，a a与与M M成反比成反比. .答案：答案：（1 1）见解析图）见解析图 (2)(2)正比关系正比关系 反比关系反比关系4.4.在在“探究加速度与力、质量关系探究加速度与力、质量关系”的实验中的实验中(1)(1)某小组得到一条打点的纸带某小组得到一条打点的纸带, ,相邻计数点间的时间间隔相邻计数点间的时间间隔为为T,T,且间距且间距x x1 1、x x2 2、x x3 3、x x4 4、x x5 5、x x6 6已量出已量出, ,如图所示如图所示, ,计算计算D D点的瞬时速度的表达式点的瞬时速度的表达式, ,加速度的表达式加速度的表达式. . (2)(2)另一小组在该实验中得到了如下一组实验数据另一小组在该实验中得到了如下一组实验数据 F F/ /N N 0.196 0.196 0.392 0.392 0.392 0.392 0.588 0.588 0.588 0.588 a/(msa/(ms-2-2) ) 0.25 0.25 0.58 0.58 0.90 0.90 1.20 1.20 1.531.53 请在右图所示的坐标系中画出请在右图所示的坐标系中画出aFaF图线图线. .从图中可以发现实验操作中存在的从图中可以发现实验操作中存在的问题可能是问题可能是( )( )A.A.实验中没有平衡摩擦力实验中没有平衡摩擦力B.B.实验中平衡摩擦力时木板倾角过小实验中平衡摩擦力时木板倾角过小C.C.实验中平衡摩擦力时木板倾角过大实验中平衡摩擦力时木板倾角过大D.D.实验中小车质量发生变化实验中小车质量发生变化ABAB知识总结：知识总结：方法总结：方法总结：物体的加速度由所受到的合外力和自身物体的加速度由所受到的合外力和自身的质量决定。的质量决定。控制变量法。控制变量法。