实验：探究加速度与力、质量的关系说课材料.ppt

课堂课堂(ktng)(ktng)检测：检测：1 1、牛顿第一定律正确揭示、牛顿第一定律正确揭示(jish)(jish)了运动和力的关系：了运动和力的关系：2 2、牛顿第一、牛顿第一(dy)(dy)定律是理想定律定律是理想定律3 3、惯性惯性力是力是改变改变物体运动状态的原因物体运动状态的原因力不是力不是维持维持物体运动的原因物体运动的原因不受力的物体是不存在的，不受力的物体是不存在的，不能用实验来验证不能用实验来验证。一切一切物体在物体在任何任何状态下都有惯性状态下都有惯性 惯性惯性只只与物体的与物体的质量质量有关有关实验实验+推理推理第一页，共27页。回顾回顾(hug):(hug):加速度是描述加速度是描述_的物理量的物理量赛车为什么比普通小车加速快？赛车为什么比普通小车加速快？赛车动力赛车动力(dngl)(dngl)强大，牵引强大，牵引力大力大满载的货车满载的货车(huch)(huch)比小车加速慢，原因又是什比小车加速慢，原因又是什么呢？么呢？小车质量小小车质量小物体的加速度与什么有关？是怎样的关系？物体的加速度与什么有关？是怎样的关系？受力大，加速度大；质量大，加速度小受力大，加速度大；质量大，加速度小 速度变化快慢速度变化快慢问题引入问题引入:4.2 4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系实验：探究加速度与力、质量的关系第二页，共27页。加速度加速度a a与力与力F F和质量和质量m m都有关，我们是分别研都有关，我们是分别研究究(ynji)(ynji)还是一起研究还是一起研究(ynji)(ynji)？控制变量法控制变量法 1、控制、控制m相同相同(xin tn)，探讨加速度，探讨加速度a与与F的关系的关系2、控制、控制(kngzh)F相同，探讨加速度相同，探讨加速度a与与m的的关系关系 这种先控制一个参量不变，研究其余参这种先控制一个参量不变，研究其余参量之间变化关系的方法叫量之间变化关系的方法叫控制变量法控制变量法第三页，共27页。实验设计实验设计:参考参考(cnko)(cnko)方案一方案一:用打点计时器用打点计时器探究探究小车小车(xioch):(xioch):打点计时器打点计时器:测量小车运动测量小车运动(yndng)(yndng)过程中的过程中的加速度加速度a a钩码钩码:重力提供拉力重力提供拉力 研究对象研究对象,天平称其质量天平称其质量m 合力合力F=?F=?GFNFf怎样测量怎样测量 m m、a a、F F？第四页，共27页。平衡平衡(pnghng)(pnghng)摩擦力：摩擦力：GG1F FN NfG1G1与摩擦力与摩擦力f f平衡平衡(pnghng)(pnghng)问：如果此时问：如果此时(c sh)(c sh)给小车加上一个沿斜面向下的拉力给小车加上一个沿斜面向下的拉力F F，那它受到的合力，那它受到的合力F=?F=?方法：方法：不挂小盘和不挂小盘和钩码钩码，将木板的一端稍作垫高，将木板的一端稍作垫高，逐渐调逐渐调节木板的倾角，节木板的倾角，直到直到使小车拖着纸带使小车拖着纸带匀速下滑匀速下滑（纸带上打下纸带上打下的点间距相等）的点间距相等）整个实验只需进行一次平衡摩擦力的操作整个实验只需进行一次平衡摩擦力的操作钩码的重力，即钩码的重力，即第五页，共27页。绳子的拉力等于绳子的拉力等于(dngy)(dngy)钩码的重力吗？钩码的重力吗？不等于！因为钩码向下加速，所以绳子不等于！因为钩码向下加速，所以绳子的拉力的拉力(ll)(ll)小于钩码的重力小于钩码的重力.小车所受的合外力小车所受的合外力F F近似等于钩码所受的重近似等于钩码所受的重力力(zhngl)(zhngl)的条件的条件:1、平衡了摩擦力、平衡了摩擦力2、钩码的质量比小车质量小得多、钩码的质量比小车质量小得多,即即m m第六页，共27页。例如例如(lr)：a与与F的关系的有关数据资料如下表的关系的有关数据资料如下表.(1)画出画出aF图象图象a a/(m/(ms s2 2)1.981.984.064.065.955.958.128.12F F/N/N1.001.002.002.003.003.004.004.00(2)(2)从图象从图象(t xin)(t xin)可判定：当可判定：当m m一定时，一定时，a a与与F F成正比成正比1、控制、控制(kngzh)m相同，探讨加速度相同，探讨加速度a与与F的关系的关系m m一定，一定，a Fa F；第七页，共27页。注意：注意：因实验中不可避免地出现误差，描出因实验中不可避免地出现误差，描出的点不完全的点不完全(wnqun)(wnqun)在一条直线上在一条直线上 连线时应使直线过尽量多的点，不在直连线时应使直线过尽量多的点，不在直线上的点应大致对称分布在直线两侧，离直线上的点应大致对称分布在直线两侧，离直线较远的点应视为错误数据，不予考虑线较远的点应视为错误数据，不予考虑 a a与与F F成正比，图线是过原点的直线成正比，图线是过原点的直线(zhxin)(zhxin)第八页，共27页。例如例如(lr)(lr)：a a与与m m的有关数据资料如下表的有关数据资料如下表.实验实验次数次数加速度加速度a a/(m/(ms s2 2)小车与砝码小车与砝码总质量总质量m m/kg/kg小车与砝码小车与砝码总质量的倒数总质量的倒数m m1 1/kg/kg1 11 10.290.290.200.205.05.02 20.250.250.250.254.04.03 30.220.220.300.303.33.34 40.180.180.350.352.92.95 50.160.160.400.402.52.52、控制、控制F相同相同(xin tn)，探讨加速度，探讨加速度a与与m的关系的关系第九页，共27页。(1)画出画出a 图象图象(2)(2)从图象可以判定从图象可以判定(pndng)(pndng)：当：当F F一定时，一定时，a a与与m m成成反比反比F F一定一定(ydng)(ydng)，a1/m a1/m第十页，共27页。五、误差分析五、误差分析1 1质质量量的的测测量量误误差差、纸纸带带上上打打点点计计时时器器打打点点间间隔隔(jin(jin g)g)距距离离的的测测量量误误差差，拉拉线线或或纸纸带带不不与与木板平行等都会造成误差木板平行等都会造成误差2 2用用小小盘盘及及砝砝码码的的总总重重力力代代替替小小车车受受到到拉拉力力，存在系统误差存在系统误差3 3平衡摩擦力不准造成误差平衡摩擦力不准造成误差第十一页，共27页。实验原理实验原理:若物体作初速度为零的匀加速直线运动若物体作初速度为零的匀加速直线运动,则则:变形得变形得:在实验中，我们在实验中，我们(w men)(w men)让两个小车同时运动让两个小车同时运动同时停下同时停下,时间相同，则加速度的比值等于运动位时间相同，则加速度的比值等于运动位移的比值，即移的比值，即:参考参考(cnko)案案例二例二第十二页，共27页。实验实验(shyn)(shyn)数据处理数据处理 次数次数1 12 23 34 4F1F2F1/F2x1x2结论结论(jiln):物体物体(wt)的加速度与力成的加速度与力成正比正比1 1、控制、控制m m相同，探讨相同，探讨加速度加速度a a与与F F的关系的关系第十三页，共27页。第十四页，共27页。次数次数1 12 23 34 4m1m2m2/m1x1x2结论结论(jiln):物体物体(wt)的加速度与质量成的加速度与质量成反比反比2、控制、控制F相同，探讨相同，探讨(tnto)加速度加速度a与与m的的关系关系第十五页，共27页。第十六页，共27页。例题例题1 1某某同同学学在在做做“探探究究加加速速度度与与力力、质质量量的的关关系系”的的实实验验(shyn)(shyn)时时，画画出出了了如如图图所所示示的的三三条条图图线线，这这三三条条图图线线表表示示实验实验(shyn)(shyn)中的中的_不同不同 小车小车(xioch)的质量的质量第十七页，共27页。解解析析过过F轴轴上上的的某某一一点点作作一一条条平平行行于于a轴轴的的直直线线，与与三三条条图图线线有有三三个个交交点点，可可以以看看出出(kn ch)三三个个交交点点对对应应的的纵纵坐坐标标a的的值值不不同，同，a的值越小，运动状态越难改变，惯性越大，质量也就越大，的值越小，运动状态越难改变，惯性越大，质量也就越大，答案这三条图线表示实验中的小车的质量不同答案这三条图线表示实验中的小车的质量不同第十八页，共27页。实验误差分析实验误差分析例例2用用如如图图所所示示的的装装置置研研究究质质量量一一定定时时，加加速速度度与与力力的的关关系系实实验验中中认认为为细细绳绳对对小小车车的的作作用用力力F等等于于沙沙和和桶桶的的总总重重力力mg.根根据据测测得得的的数数据据作作出出aF 图图线线发发现现(fxin)横横轴轴上上的的截截距距OA较较大大，明明显显地地超超出出了了偶偶然然误误差差的的范范围围，这这是是由由于于在在实实验验中中没没有有_平衡平衡(pnghng)摩摩擦力擦力第十九页，共27页。解析细绳对小车的拉力解析细绳对小车的拉力F F达到一定的数值前，小车达到一定的数值前，小车仍静止仍静止(jngzh)(jngzh)，表示木板的摩擦力不能忽略，同，表示木板的摩擦力不能忽略，同时也表明该同学做实验时，没有给实验装置平衡摩擦时也表明该同学做实验时，没有给实验装置平衡摩擦力力答案给实验装置平衡摩擦力答案给实验装置平衡摩擦力第二十页，共27页。变式训练变式训练2如如果果某某同同学学根根据据(gnj)测测得得的的数数据据作作出出的的aF图图线如图所示，则：实验中出现误差的原因是什么？线如图所示，则：实验中出现误差的原因是什么？平衡平衡(pnghng)摩擦力时，长木板的倾角过大摩擦力时，长木板的倾角过大解析当力解析当力F F为零时，加速度不为零时，加速度不为零，就说明当力为零时，小为零，就说明当力为零时，小车仍在长木板上向下加速，其车仍在长木板上向下加速，其原因就是平衡摩擦力时长木板原因就是平衡摩擦力时长木板倾角过大，使得小车的重力沿倾角过大，使得小车的重力沿斜面斜面(ximin)(ximin)向下的分力大于向下的分力大于小车所受滑动摩擦力，所以应小车所受滑动摩擦力，所以应重新调整木板，平衡摩擦力重新调整木板，平衡摩擦力第二十一页，共27页。四、实验注意事项四、实验注意事项例例4在在“探探究究加加速速度度与与力力、质质量量的的关关系系”的的实实验验中中，当当作作用用力力一一定定(ydng)时时(悬悬挂挂的的小小盘盘和和重重物物所所受受的的重重力力不不变变)，探探索索加加速速度度与与质质量量的的关关系系时时，下下列说法正确的是列说法正确的是()A平平衡衡摩摩擦擦力力时时，应应将将小小盘盘用用细细绳绳通通过过定定滑滑轮轮系系在小车上在小车上B每次改变小车质量时，不需要重新平衡摩擦力每次改变小车质量时，不需要重新平衡摩擦力C实实验验时时，先先放放开开小小车车，再再接接通通打打点点计计时时器器的的电电源源D小小车车运运动动的的加加速速度度可可用用天天平平测测出出小小车车的的质质量量M和小盘和重物的质量和小盘和重物的质量m，用公式，用公式 求出求出B第二十二页，共27页。解解析析在在平平衡衡摩摩擦擦力力时时，不不应应将将装装沙沙的的小小桶桶通通过过定定滑滑轮轮连连在在小小车车上上，而而是是在在木木板板后后端端垫垫上上适适应应厚厚度度的的薄薄片片，再再观观察察小小车车能能在在木木板板上上带带着着纸纸带带(zh(zh di)di)匀匀速速下下滑滑即即可可，故故选选项项A A错错误误，B B正正确确；操操作作时时应应先先接接通通打打点点计计时时器器的的电电源源再再放放开开小小车车，故故选选项项C C错错误误；牛牛顿顿第第二二定定律律是是本本实实验验要要达达到到的的目目标标，不不能能把把它它作作为为理理论论根根据据来来计计算算加加速速度度，其其加加速速度度只只能能从从纸纸带带(zh di)(zh di)提供的数据计算得出，故选项提供的数据计算得出，故选项D D错误答案错误答案B B第二十三页，共27页。光电门光电门1 1光电门光电门2 2挡光板挡光板xX&t方案方案(fng n)三：三：利用气垫导轨来探究加速度与力、质量利用气垫导轨来探究加速度与力、质量(zhling)的关系的关系第二十四页，共27页。光光电电门门数字数字(shz)计计时器时器拓展拓展(tu zhn)探探究究第二十五页，共27页。课堂课堂(ktng)小结小结 本节课以实验为依据，采用控制变量本节课以实验为依据，采用控制变量法进行研究，根据已掌握的物理法进行研究，根据已掌握的物理(wl)知识设计实验方案，探索物理知识设计实验方案，探索物理(wl)规律是物理规律是物理(wl)学研究的学研究的重要方法。重要方法。第二十六页，共27页。实验实验(shyn)验证验证思考思考(sko)：如何设计实验：如何设计实验?事实是不是这样？事实是不是这样？m一定，一定，a F；F一定，一定，a1/m。第二十七页，共27页。