【物理】实验：探究加速度与力、质量的关系 2023-2024学年高一上人教版（2019）必修第一册.pptx

4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系复习引入牛顿第一定律：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他改变这种状态1.力是物体运动状态改变的原因2.质量越大，惯性越大，物体的运动状态越难改变加速度加速度加速度与力、质量有关1.空载卡车与满载卡车在相同动力下哪个起动更快？初步结论：m越大启动越慢，a越.2.家用汽车与赛车在质量相近时哪个起动更快？初步结论：F越大启动越快，a越.定性分析：加速度与力、质量的关系小大小车、砝码、槽码、细线、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、交变电源、纸带、刻度尺、天平。用天平测出小车的质量用打点计时器打出的纸带计算出小车的加速度a槽码的总重力G当作小车受到的拉力F一、实验装置探究实验控制变量的方法是指在研究和解决问题的过程中，对影响事物变化规律的独立因素加以人为控制，使其中只有一个因素按照特定的要求发生变化，而其他因素保持不变，以利于寻找事物发展变化的规律的方法。例如，在研究某个物理量y与另外两个变量x1、x2的关系时，先固定一个变量x2不变，研究y与另一个变量x1之间的定量关系；然后再固定变量x1不变，研究y与x2之间的关系。二、实验原理与设计1.实验思路控制变量法(1)探究加速度与力的关系保持小车质量不变，通过改变槽码的个数改变小车所受的拉力，测得不同拉力下小车运动的加速度，分析加速度与拉力的定量关系。(2)探究加速度与质量的关系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，测得不同质量的小车对应的加速度，分析加速度与质量的定量关系。2.物理量的测量质量、加速度、力(1)质量的测量：用天平测量。在小车中增减砝码的数量可改变小车的质量。(2)加速度的测量方法1：让小车做初速度为0的匀加速直线运动，用刻度尺测量小车移动的位移x，用秒表测量发生这段位移所用的时间t，然后由a计算出加速度a。方法2：由纸带根据公式xaT2结合逐差法计算出小车的加速度。方法3：不直接测量加速度，求加速度之比。例如：让两个做初速度为0的匀加速直线运动的物体的运动时间t相等，测出各自的位移x1、x2，则，把加速度的测量转换成位移的测量。(3)力的测量：如何给小车施加一个可以测量的恒力呢？F细线给小车提供的拉力是小车受到的合力吗？通过滑轮连接槽码。GNFf不是，F合FFf。如何调整装置能够消除阻力的影响，使细线的拉力就是小车受到的合力？在木板远离定滑轮端垫上垫木，让重力沿斜面的分力与小车受到的阻力平衡即补偿了阻力。GNf如何用实验方法判定阻力刚好被补偿？调整垫木位置，轻推小车，小车做匀速直线运动(纸带上的点均匀)即补偿到位，注意不系槽码。FfFNG操作悬挂的重物的重力等于细线的拉力吗？mgF槽码的重力不等于细线的拉力，Fmg。本实验做了怎样的近似处理？当小车(包括砝码)质量远大于槽码质量时，细线拉力近似等于槽码的重力。实验过程1：探究a与F的关系（小车质量不变）把细线绕过定滑轮系在小车上，另一端挂上槽码。保持小车质量不变，改变槽码的个数，以改变小车所受的拉力。处理纸带，测出加速度，将结果填入表1中。表1小车质量一定拉力F/N加速度a/(ms2)实验演示三、实验步骤实验过程2：探究a与m的关系（钩码质量不变）表2小车所受的拉力一定质量m/kg加速度a/(ms2)保持槽码个数不变，即保持小车所受的拉力不变，在小车上增减砝码，重复上面的实验，求出相应的加速度，把数据记录在表2中。实验演示实验结论：当小车质量一定时，a与F成正比1.分析加速度a与拉力F的定量关系处理演示表1四、数据处理槽码质量m/g102030405060槽码重力G/N0.10.20.30.40.50.6拉力F/N0.10.20.30.40.50.6加速度a/(ms2)0.31 0.86 1.28 1.51 1.85 2.27实验结论：当力F一定时，a与m成反比2.分析加速度a与质量m的定量关系质量m0.4000.5000.7501.0001.200加速度a 0.8610.6920.4700.3520.290表22.偶然误差(1)质量的测量(2)打点间隔、距离的测量(3)倾斜角度不当，补偿阻力不足或过度1.系统误差：本实验中用槽码的重力代替小车受到的拉力(实际上小车受到的拉力要小于槽码的重力)五、误差分析思考实验时作出如图甲、乙所示的图像，试分析产生的原因。题图甲：木板的倾角过大或补偿阻力过度；题图乙：没有补偿阻力或补偿阻力不足。在补偿阻力时，不要把悬挂槽码的细线系在小车上，但要让小车拖着纸带运动。1.补偿阻力改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先启动电源，再放开小车，且应在小车到达滑轮前按住小车。3.打点计时器的位置作图像时，要使尽可能多的点落在所作直线上，不在直线上的点应尽可能均匀分布在直线两侧，离直线较远的点舍去不予考虑。4.作图规则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槽码的质量的条件下打出时。只有如此，小车受到的拉力才可视为近似等于槽码的重力。2.质量关系六、注意事项练习1.(2022北京市房山区高一期末)如图所示为某同学“探究在外力一定的条件下，物体的加速度与其质量间的关系”的实验装置示意图。(1)下面列出了一些实验器材：电磁打点计时器、纸带、带滑轮的长木板、垫板、小车和砝码、沙和沙桶、天平(附砝码)。除以上器材外，还需要的有_；A.秒表B.刻度尺C.交变电源D.直流电源BC(2)本实验采用的科学方法是_；A.理想实验法B.控制变量法C.建立物理模型法B(3)实验中，需要补偿打点计时器对小车的阻力及其他阻力；小车放在长木板上，后面固定一条纸带，纸带穿过打点计时器，把长木板不带滑轮的一端垫高，调节长木板的倾斜度，使小车在不受绳的拉力时能拖动纸带沿长木板做_运动；匀速直线(4)实验时，某小组同学由于疏忽，遗漏了补偿阻力这一步骤，他得到的aF图像可能是图中的_(选填“”“”或“”)图线。(5)某小组在实验时，保持沙和沙桶质量不变，改变小车质量m，分别记录小车加速度a与其质量m的数据，在分析处理数据时，该组同学产生分歧：甲同学认为根据实验数据可以作出小车加速度a与其质量m的图像，如图甲，然后由图像直接得出a与m成反比。乙同学认为应该继续验证a与其质量的倒数是否成正比，并作出小车加速度a与其质量的倒数的图像，如图乙所示。你认为同学_(选填“甲”或“乙”)的方案更合理。乙2.(2023广东中山市期末考试)某同学用图甲所示的实验装置探究小车的加速度a与质量m的关系，打点计时器所用交变电流的频率为50Hz。(1)把木板的一侧垫高，调节木板的倾斜程度，使小车在不受牵引时能拖动纸带匀速运动，这样做的目的是_。补偿阻力(2)图乙是某次实验得到的纸带，两计数点间有四个打出的点未画出，部分实验数据在图中已标注，则纸带的_(填“左”或“右”)端与小车相连，小车加速度是_m/s2。左0.51(3)保持小车所受的拉力不变，改变小车质量m，分别测得不同质量时小车加速度a的数据如表所示。请在图丙中作出a图像。根据a图像可以得到的实验结论是_。次数1234加速度a/(ms2)0.6000.4820.3070.152质量倒数/kg14.003.002.001.00在拉力不变时，小车的加速度与质量成反比实验原理：以小车、一端带有定滑轮的长木板、细线、砝码、刻度尺、天平、夹子为实验器材，让两个做初速度为0的匀加速直线运动的物体的运动时间t相等，测出各自的位移x1、x2，则a1：a2=x1：x2，把加速度的测量转换成长度的测量.注意：只有当盘和砝码的质量要比小车的质量小得多时，小车所受拉力才近似等于盘和砝码的总重力拓展方案1.控制m不变，探究a与F的关系在相同的时间内，两小车移动的距离分别为：2.控制F不变，探究a与m的关系3.如图甲所示为某同学研究物体加速度与力和质量关系的实验装置示意图，图乙是该装置的俯视图。两个相同的小车，放在水平桌面上，前端各系一条轻细绳，细绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘里可放砝码。两个小车通过细绳用黑板擦固定，抬起黑板擦，小盘和砝码牵引小车同时开始做匀加速直线运动，按下黑板擦，两小车同时停止运动。实验中补偿阻力后，可以通过在小盘中增减砝码来改变小车所受的合力，也可以通过增减小车上的砝码来改变小车的总质量。该同学记录的实验数据如下表所示，则下列说法中不正确的是A.研究小车的加速度与合外力的关系可以利用第1、2、3三次实验数据B.研究小车的加速度与小车总质量的关系可以利用第2、3、6三次实验数据C.研究小车的加速度与小车总质量的关系可以利用第4、5、6三次实验数据D.可以通过比较两个小车的位移来比较两个小车的加速度大小实验次数小车1总质量m1/g小车2总质量m2/g小车1受合力F1/N小车2受合力F2/N小车1位移x1/cm小车2位移x2/cm15005000.100.2020.139.825005000.100.3015.244.535005000.200.3019.830.842505000.100.1039.720.053004000.100.1020.315.163005000.100.1030.018.0数据处理实验步骤实验装置实验原理与设计探究加速度与力、质量的关系误差分析偶然误差系统误差分析加速度a与质量m的定量关系分析加速度a与力F的定量关系物理量测量实验思路1补偿阻力用槽码的重力代替小车受到的拉力力的测量加速度测量质量测量控制变量法3打点计时器的位置2质量关系注意事项4作图规则画a-1/M图像画a-F图像天平纸带处理F拉=mgF合=F拉当小车质量远大于钩码质量补偿阻力