人教版高一必修1 物理 4.2_实验：探究加速度与力、质量关系 课件

质量保 持不变
控制变量m或F.探讨加速度a与F或m的关系
1
X1= 2 a1t2
1
X2 = 2 a2t2 X1/ X2=a1/a2
测量X1 、X2
F1 X1
F2 X2
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实验结论： m一定时
a∝F
实验结论： F一定时 a∝1/m
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进一步交流、讨论
你是否还有其他的探究方案？
一.确定研究方法: 应该采用什么样的物理方法来研究 a与F、m的定量关系呢？
二.设计实验方案: （1）如何测量物体的加速度、质量和受到的力？ （2）怎样设计实验步骤？怎样选用和调试实验器材？ （3）如何采集实验数据，怎样对实验数据进行分析？
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加速度与力、物体的质量有什么定量的 关系？
实验装置图
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改进后的实验装置图：
小车
打点计时器
纸带
电源
砝 码
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把木板一端垫高，平 衡小车受到的摩擦力
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按照制定的实验方案进行实验
–收集并记录数据
试验次数
1 2 3 4 5
加速度 α(m/s2)
小车受力 F(N)
试验次数
1 2 3 4 5
加速度 α(m/s2)
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3．各纸带上的加速度 a，都应是该纸带上的平均加速度． 4．作图象时，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小 车．
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学
生
探
究
方 方案二：小车一端带滑轮的长木板、细线、砝
小车质量 m(kg)
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A、加速度与合外力的关系
实验基本思路：保持物体的质量不变， 测量物体在不同的合力 作用下物体的加速度， 分析加速度与合外力 的关系。
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实验数据的记录处理：
实验次数
实验数据
a/m/s2
F/N
第一次
1.0
0.20
第二次
1.6
0.40
第三次
2.0
0.5
a
3.0
2.0
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1.0
0
0.2 0.4 0.6
F
B、加速度与质量的关系 :
实验的基本思路：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 加速度与质量的关系。
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实验数据记录处理：
实验次数
实验数据
第一次
a/m/s2 0.25
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如何来平衡摩擦力？ 我们将长木板倾斜一定角度θ，θ应
该等于 arctan ，此时物体在斜面上
受到的合外力为0。做实验时肯定无法 这么准确，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 致能够匀速下滑（可以根据纸带上的点 来判断）
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绳子的拉力等于钩码(或者沙桶）的重力吗？ 为什么？
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气垫导轨装置2020/1来自/9m一定，F越大，a越大。 a∝ F或者a∝ Fn；
F一定， m越小，a越大。a∝1/m或者a∝1/mn。
猜想：加速度与力成正比
加速度与质量成反比。
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怎样才能探究出加速度、力、质量三个变量之 间的关系?
控制变量法:
1保持质量不变,研究加速度与力的关系； 2保持力不变,研究加速度与质量的关系。
第二次
第三次
a
0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05
0
2.0
0.15 0.10
4.0 6.0
1/m 5.0 4.0 3.3
1/m
对实验数据的处理
如何分析这些数据？ －－图象法（图象处理技巧）
a a
0
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F0
m m1
实验结论：
加速度与力成正比，与质量成反比。
即： a ∝ F
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2．摩擦力平衡不准确、质量测量不准、记数点间距测量 不准、纸带拉线不严格与木板平行也是引起误差的原因。
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四、注意事项 1．平衡摩擦力时不要挂重物．整个实验平衡了摩擦力后， 不管以后是改变盘和砝码的质量，还是改变小车及砝码的质 量，都不需要重新平衡摩擦力． 2．实验中必须满足小车和砝码的总质量远大于小盘和砝 码的总质量．只有如此，砝码和小盘的总重力才可视为与小 车受到的拉力相等．
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学
生
探 方案一：小车、打点计时器、纸带、一端带滑
究 轮的长木板、细线、砝码、钩码、刻度尺、天 方 平为器材，研究小车运动。
案
用天平测出小
车的质量m
从打点计时器打出 的纸带计算出小车 的加速度a
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砝码的总重力G 当作小车受到的
拉力F
思考：小车在运动方向上受几个力的作用？细
案
码、钩码。用刻度尺测量物体运动的位移，用
秒表测量出物体运动的时间，求出加速度a 。
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学
生
探
究 方
方案三：以两辆小车、一端带滑轮的长木板、 粗线、砝码、钩码、天平、刻度尺、宽口夹子
案 为实验器材，研究小车的运动。
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学 生 探 究 方 案
合外力 保持不 变
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不等于！因为钩码向下加速，所以绳 子的拉力小于钩码的重力。
什么情况下钩码（或者沙桶）重力可以近似等于 绳子拉力，即小车所受的合外力？
当砝码质量比小车质量小得多时,绳子的拉 力近似等于砝码的重力，即小车受到合外力 近似等于砝码的重力。
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小车和沙桶的受力情况如图所示。
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1
a∝
m
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三、误差分析 1．因实验原理不完善造成系统误差 本实验中用所挂重物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所挂重物的重力，存在系统误差．所 挂重物的质量比小车的质量越小，误差越小；反之误差越大．
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2．因操作不够准确造成的偶然误差 (1)质量的测量误差． (2)测量纸带上各点间的距离的误差(读数误差)． (3)绳或纸带与木板不平行造成的误差． (4)平衡摩擦力不准确造成的误差．平衡过度使小车合外 力偏大，平衡不够使小车的合外力偏小，此时要注意匀速运 动是恰好平衡摩擦力的标志．
4.2 实验:探究加速度与力、质量的关系
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• 力F——迫使“物体运动状态变化”的原因 • 质量m——抵抗“物体运动状态变化”的本领 • 加速度a——描述“物体运动状态变化”的快慢
物体运动状态的变化 物体速度的变化
2020/12/9 加速度
与力和质量有关
思考：
1：在书本上撒一些碎纸片，先用嘴轻轻地吹，再用 力使劲吹，我们会观察到什么的现象？你能得到什 么结论？
绳对小车的拉力等于小车所受的合力吗？
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例1、如图一个木块正在倾角为θ为的三角斜面上匀速下
滑，试求斜面的动摩擦因数。
N
mg cos FN
Ff
N
Gsinθ
mg sin FN mg cos θ θ
所以： sin tan cos
G Gcosθ
问：如果此时给物体加上一个沿斜面向 下的力F，那物体现在受到的合外 力是多少？
结论：对某一物体而言，受到的力越大，其运动 状态越容易改变，即加速度越大。
2：在书本上撒一些小石子和一些碎纸片，用 力使劲吹。我们又会观察到什么的现象？又能 得到什么结论？
结论：对不同物体而言，受到相同的力，质量越小， 其运动状态越容易改变，即加速度越大。
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学生探究α与F、m的定量关系