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4-2《实验:探究加速度与力、质量的关系》课件 新人教版必修1


探究加速度与力、 质量的关系

物体运动状态变化的快慢和什么有关? 1、质量
例如:一般小汽车从静止加 速到100km/h,只需十几秒 的时间,而满载的货车加速 就慢的多。

2、受力
例如:竞赛用的小汽车,质量不很大,却安装 着强大的发动机,可以获得很大的加速度。

理 论 推 理
m

m

F1
F2

m1 m2
m1<m2 定性讨论2

F
F

F1<F2 定性讨论1

讨论:物体质量一定,受力不同,

加速度有什么不同

结论:当物体质量一定时,物体 的加速度应该随着力的增大而增 大。

讨论:力大小相同,作用在不同质量的

物体上,物体加速度有什么不同?

结论:当力大小相同时,物体的质 量越大,运动状态越难以改变,所 以质量越大,加速度越小。
注意:这里的力指的是物体所受的合外力。

总结:影响加速度的因素有哪些?
1、合外力

2、质 量

猜想:
物体的加速度与力、质量有什么定量关 系?
实验的基本思路是什么呢?

实 验 探 究 一、研究方法
“a”与“F”、“m” 二个物理量均有关系, 应该从何处入手呢?

控制变量法
实验的探究思路确定为两个方面:

一是保证质量不变,探究加速度与外力的关系;
二是保证外力不变,探究加速度与质量的关系。

思考
质量、力与加速度分别如何测量?
质 量 —天平
加速度 —— ?

恒 力 —— ?

实验方案
方案一:小车、打点计时器、纸带、长木板、 细线、砝码、钩码、刻度尺、天平,研究小 车运动。从打点计时器打出的纸带计算出小 车的加速度a。
小车 打点计时器 纸带 砝码

方案二:

课本上参考案例中的实验方案

F F

小车 小车

夹子

由于两小同时启动、同时停止,故运动时间相同

1 2 x ? at 2

a1 x1 ? a2 x2

思考

怎样提供并测量物体所受的恒力?

方案二:两小车对比
参照小车m 实验小车m
砝码 F1

砝码 F2

1、平衡摩擦:使小车在不放砝码时近似做匀速 直线运动。 2、桶和砝码的质量要比小车的质量小很多。

方案三:利用气垫导道 该方案仪器精密,是很好的方案,测量结果 精确,但中学一般没有这种仪器。

图 1 : 气垫导轨装置

利用气垫导轨来探究加速度与力、质量的关系 挡光板 △x

光电门1

光电门2

X t
?x ?x ? v ? v0 t2 t1 a? ? t t

?x 2 ?x 2 ( ) ?( ) 2 2 v ? v0 ?t2 ?t1 a? ? 2x 2x

1.摆放好实验装置,平衡摩擦力。
2.把细线系在小车上并绕过滑轮悬挂钩码,将车拉 实 到打点计时器附近。

验 3.打开打点计时器电源,再释放小车,得到纸带, 步 并在纸带上计下钩码重量。 骤
4.改变钩码的重量,重复以上的步骤2-3多次。 5.设计表格,记录实验数据。

实 验 方 案 一

保持物体的质量不变,测量物体在不同的力作用下 的加速度,分析加速度与力的关系:
实验次数 加速度ɑ

数 据 处 理
图 表 法

m / s2
1. 2. 3. 4. 5.

小车受力F N

保持质量不变 2 实验次数 加速度 ɑ /(m / s ) 力 F / N
1 2 3 4 5 0.66 1.05 1.37 1.63 0 0.2 0.3 0.4 0.5 0

F/N

a-F

0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 -0.1 0

a/( m / s 2 ) 1 2

保持物体(小车) 质量一定

m/s

2

探 实验次数 F/N a/ a-F 究 3 1 加 2 2 0.4 1.2 速 1 3 0.5 1.5 度 0 F/N 与 4 0.6 1.86 0 0.5 1 力 5 0.8 2.4 的 关 实验结论:当物体质量一定时,加速度与 系 力成正比。
a/(m/s2)

探 究 二: 加 速 度 与 质 量 的 关 系

保持物体的受力F不变,改变小车的质量,分析不 同质量的小车在相同的力的作用下,加速度与质量 的关系。(实验前已测出小车净重196.8g)
实验次 数 1 小车质量 m(Kg) 1/m

a/ m / s 2

2
3 4

保持小车受力F不变 加速度a/(m/s2) 1/m m /kg 实验次数
1 2 3 4 5 0.4 0.5 0.75 1 1.2 0.86 0.69 0.47 0.35 0.29 0 2.5 2 1.33 1 0.83 0

a/m/s2

1/m

a-m

a-1/m

1 0.8 0.6 0.4 0.2 0

3 2 1 0
0 0.5 1 1.5 m/kg

-1

0

0.5

1

a

保持物体受力不变
实 验 m/kg 次 数 1 2 0.4 0.5
a/m/s2

a/(m/s 2) 0.861 0.692

1/m

a-m 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 m/Kg

2.5 2

3
4 5

0.75
1 1.2

0.47
0.352 0.29

1.33
3

a-1/m

1
1/m(1/Kg)

2.5 2 1.5 1 0.5 0

0.83

0

0

-0.5 a/(m/s2)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

探 究 实 验 二 的 总 结 与 点 评

当外力F一定时, 物体的加速度与其质量成反比,

1 即: a ? m 教师点评: 1、实验数据处理最好运用图表、图线及拟合线性 方程。 2、应灵活运用数学工具处理非线性关系的数据。 如变 a-m 图象为 a–1/m 图象,即“变曲为直”。

实 验 后 反 思 总 结

一.平衡摩擦力时,不把悬挂重物用细绳通过 定滑轮系在小车上,即不对小车施加拉力。在 木板无滑轮的一端下面垫一薄木块,反复移动 其位置,直到拖在小车后面的纸带上打出的点 距均匀为止。 二.实验时,应先接通电源,待打点计时器 工作稳定后再放开小车

三.实验要求重物的质量远小于小车的质 量,因为只有这样,细绳对小车的拉力 才近似等于重物的重力。

一句话,物理学的规律不是通过有限的几个实 验“归纳”出来的,本节实验只是让我们对于自然 规律的探究有所体验。 有了这样的认识,就大可不必因为数据与书本 不一致而苦恼,更不能随意更改记录去“凑数”, 也许,这样的差异孕育着新的发现,或至少能检验 出你的错误。我们的责任是忠实地记录一切原始数 据


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