人教版高中物理必修一 (实验：探究加速度与力、质量的关系)运动和力的关系教学课件

思考
问题 1．牛顿第一定律告诉我们，当物体不受力或所受合力为零，运动状态不变。那么如果 合力不为零，物体会做什么运动？ 问题 2．受力相同的物体，运动状态改变的快慢（加速度）是相同的吗？同样大小的力，满 载和空载的地铁，哪个加速度大？ 问题 3．猜想加速度与力、质量的关系。
设计实验
猜想：加速度与力成正比，与质量成反比。 如何设计实验，验证这个猜想？思考以下几个问题
当平衡摩擦力后，钩码的重力可以近似 看成是小车所受到的恒定的合力。
实验目的
探究加速度与力、质量的定量关系。学会用控制变量法研究物理规律和运 用图像处理物理问题的方法。
实验原理
实验中有力 F、质量 M 和加速度 a 三 个变量，研究 a 与 F 及 M 的关系时，先控 制质量 M 不变，研究 a 与 F 的关系；然后 再控制力 F 不变，研究 a 与 M 的关系。
过5于密集/
不清晰的点
0.10s
0.10s
处 理 纸 带
x1 x2x3x4
x5
例：求3这个计数点的速度：
v3 = v24 =x2△—2t4 ——x=42—-△x—t 2——△t为多少?
如
何 利 用
v
①入取a任=意—求两△△vt—解组。数据求出Δv 和Δt ，然后代
②在v —t 图象上取一段时间Δt（尽量取
四、纸带分析
• 怎样分析和选取纸带上的点 • 开头过于密集的点舍掉，从清楚的点开始,每隔五个间隔
取一个计数点，(每两个计数点之间的时间间隔是0.1s）； • 取六个点，标号 0，1，2，3，4，5 • 如何计算所取点的速度？
• 平均速度 → 瞬时速度（如何测△x）
• 如何设计表格记录数据？
△x0 △x1
位移 x1/cm
1
2
3
4
5
位移 x2/cm
连续相等时间 位移差
Δx＝x2－x1
加速度 a/(m·s-2)
数据记录
注意给每条纸带做好标记
数据处理
为了直观的判断加速度 a 与拉力 F 的定量关系，我们以 a 为纵坐标、F 为 横坐标建立直角坐标系，根据各组实验数据在纸上描点，做 a-F 图像 。
当 次数 F / N a / (m·s-2)
实验器材
4．保持小车的质量不变，多次改变钩码的质量 m，重复步骤 3 再完成 4 次实 验，并算出每条纸带对应的加速度的值，填入表 1 中。 5．用纵坐标表示加速度 a，横坐标表示作用力 F，即砝码和小桶的总重力 (m ＋m0)g，作出 a-F 图像， 验证加速度与合外力的关系。 6．保持 F，即钩码和小桶的质量不变，多次在小车上加放砝码以改变小车的 总质量 M，重复步骤 3 完成 5 次实验，求出相应的加速度填入表 2 中，用纵坐 标表示加速度 a，横坐标表示小车和车内砝码总质量的倒数 ，描出相应的点并 作图线，以验证加速度与质量的关系。
角度设计要求：轻推小车，小车拖动纸带在长木板上做
运动（或者说，
纸带上打出的点迹 ），这个过程目的是
。
3．在小桶中放钩码，则牵引小车的力可认为等于
。将细绳系在小车上
并绕过滑轮悬挂小桶，使小车靠近打点计时器，先
，然后释放小车，打
点计时器在纸带上打下一系列点，断开电源，取下纸带，在纸带上标上编号以
便数据处理时使用。
谢谢
实验：探究小车随时间变化的规律
思
如何研究一个物体运动规律？
考
（知道物体在不同时刻的速度）
如何知道物体在不同时刻的速度？ 用什么仪器可以测得？
（打点计时器）
实
验
学生电源，刻度尺
设 计
打点计时器
纸带
小车
细绳
一端附有定滑 轮的长木板
钩码
实 （1）把附有滑轮的长木板放在实验桌上；把打点计时器固定。
项 3.要防止钩码落地和小车跟滑轮相撞，当小车到达滑轮前及时
用手按住它
4.小车另一端所挂的钩码个数要适当，避免加速度过大而使纸 带上打的点太少，或加速度太小使各段位移无法区别，从而 使误差增大
处
理 舍掉开头过于密集的点，从清楚的点开始,
纸 带
每隔四个计时点取一个计数点 ；
取六个点，依次标号为0，1，2，3，4，
三、实验注意点
• 1．固定打点计时器时应让限位孔处在长木板的中央位置。 • 2．滑轮不能过高,细绳应与木板平行. • 3．小车应由紧靠打点计时器处开始释放，在撞击长木板末端前应让
小车停止运动,防止小车从板上掉下来。 • 4．先接通电源，后让纸带运动。 • 5．打点结束后立即关闭电源。
回忆
• 纸带能给我们提供哪些信息？ • 通过测量或计算还能得到哪些信息？
• ② 根据所得数据确定点的位置,观察和思考点的分 布规律。
• ③ “拟合”图象：从点的分布可以有很大把握地 说这些点应该在一条直线上，画出一条直线，让 尽可能多的点处在这条直线上，其余均匀分布， 去掉偏差太大的点
力2
不 变
3
2.00 0.500 0.692 0.6 1.33 0.750 0.470 0.4
时4
1.00 1.000 0.352 0.2
5
0.83 1.200 0.290
0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
实验结论： 力的大小一 定时，加速 度与质量成 反比。
思考
问题 1．若 a-F 图线未通过坐标原点，可能原因是什么？如果过纵轴说明什么？ 过横轴说明什么？
I
t
图
a大=一—些△△求vt—）解，。找出Δt 对应的Δv ，代入
哪一种方 法更好？
求 （画图时让不在直线上的点尽可能等量地分布在直线两侧，
加 就是为了使偏大或偏小的误差尽可能地抵消，所以图象也
速 度
是减小误差的一种手段，也就是说应该用图象上的点，而 不是用实验所得到的数据）
2 实验：探究小车速度随时间变化的规律
加速度的测量
如果在实验中让另一个初速度为零做匀加速直线运动的小车，与实验中的 小车同时运动相同的时间 t ，那么它们的位移之比就是加速度之比。这个方法 可以把测量加速度转换成测量位移。
力的测量
现实中，仅受一个力作用的物体几乎不存在。然而，一个单独的力作用效 果跟它大小、方向都相同的合力的作用效果是相同的。因此实验中的作用力的 含义可以是物体所受合力。
验 步
（2）将纸带连在小车后面，再穿过打点计时器。 （3）在小车的另一端通过细绳挂上钩码。 （4）先接通电源，然后放开小车，让小车拖着纸带运动，打
骤 完一条纸带后立即关闭电源。
（5）更换纸带，重复做三次。
注 1.开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器
意 事
2.先接通电源，待打点计时器打点稳定后，再释放小车，当小 车停止运动时及时断开电源
问题 2．若 a-F 图线后半段明显偏离直线，造成此现象的主要原因可能是什么？
问题 3．若 a-1/m 图线不是一条直线，造成此现象的主要原因可能是什么？
实验： 探究加 速度与 力、质 量的关 系
加速度与 力和质量 的关系
实验探究
加速度与所受的作用力成正比
加速度与物体质量成反比
设计实验
加速度、力、质量的测量 平衡摩擦力的方法
数据处理
为了直观的判断加速度 a 与拉力 m 的定量关系，我们以 a 为纵坐标、m 为横坐标建立直角坐标系，根据各组实验数据在纸上描点，做 a-m 图像 。
次数
1 当拉 2 力不 变时 3
4
5
m / kg 0.400 0.500 0.750 1.000 1.200
a / (m·s-2) 0.861 0.692 0.470 0.352 0.290
2．（2020北京朝阳高三上期末）用斜面、小车、砂桶、砝码等器材做“探究 加速度与力、质量的关系”的实验。甲、乙两同学用同一套装置完成了实验操 作，利用测量得到的数据，他们在同一坐标系中画了各自的 a-F 图线。由图线 可以判断甲、乙两同学做实验时哪一个物理量的取值不同？ 质量 并比较其 大小 甲车的质量小于乙车的质量 。
问题 1．若要通过实验寻找加速度与力和质量的定量关系，选取的研究对象是什么？要使 研究对象怎样运动？
问题 2．需要测量哪些物理量，如何控制变量？分别有几种测量方法？如何准确测量这些物 理量？
问题 3．怎样准确记录实验数据？如何利用图像法处理实验数据、获取结论？
设计实验
我们可以利用如右图所示的装置进行实验探究，将小车置于水平木板上， 通过滑轮与槽码相连。小车可以在槽码的牵引下运动。
思维体操
• 实验室如何获得较简单的运动？ • 如何设计实验？ • 需要哪些器材？
一、实验设计
二、实验步骤
• ⑴ 木板平放，并使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定， 连接好电路。
• ⑵ 穿纸带；挂钩码。 • ⑶ 先接通电源，然后放开小车，让小车拖着纸带运动，
打完一条后立即关闭电源。 • ⑷ 换纸带，加钩码，再做一次。
实验器材
打点计时器、纸带、小车、一端附有定滑轮的长木板、小桶、细绳、钩码、 低压交流电源、导线、天平（带砝码）、刻度尺、坐标纸。
实验步骤
1．用天平测出小车和小桶的质量 M0 和 m0 。 2．按照图示装置安装实验仪器（要求：小车的质量远大于钩码和桶质量）。
小车上不挂重物，用小木块垫起轨道的一端使轨道与水平面成一个较小的角度。
实验操作
减小系统误差的方法
实验数据 分析
建立坐标系，绘制和分析 a-F 图像 建立坐标系，绘制和分析 a-1/m 图像
1．（2021山西高一下月考）为了探究质量一定时加速度与力的关系，一同学 设计了如图所示的实验装置，其中 M 为小车的质量，m 为钩码的质量，为了 保证力传感器的读数为小车所受的合外力，关于实验操作需要进行的是（ A ） A. 在未挂钩码时，将木板的右端垫高以平衡摩擦力 B. 在悬挂钩码后，将木板的右端垫高以平衡摩擦力 C. 所挂钩码的质量尽量大一些 D. 所挂钩码的质量尽量小一些
数据记录
M0＝ kg m0＝ kg
钩码的 钩码和小桶 序号 质量 的总重力
m/g (m＋ m0)g/N
时间间隔 T/s
1 2 3 4 5
位移 x1/cm
位移 x2/cm
连续相等 时间位移
差 Δx＝x2－x1
加速度 a/
(m·s-2)
数据记录
m＋m0＝ kg
序号
小车的总质量 时间间隔
的关系
4.2 实验：探究加速度与力、 质量的关系
一、上节回溯 二、知识讲解 三、小结 四、练习
目录
1．伽利略理想实验 2．牛顿第一定律 2．惯性
问题引入
速度是描述运动状态的物理量，加速度是描述速度变化快慢的物理量，因 此加速度可以说是描述运动状态变化快慢的物理量。力是改变物体运动状态的 原因，惯性大的物体运动状态越难改变，质量是惯性的唯一量度。因此加速度、 力、质量之间必然存在定量的关系。那么这个关系是什么呢？
小 车
1
0.10 0.146
质 2 0.20 0.302
量 3 0.30 0.428
不 变4
0.40 0.592
时 5 0.50 0.751
a / (m·s-2)
0.75 0.60 0.45 0.30 0.15
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 F / N
实验结论： 质量一定时， 加速度与力 的大小成正 比。
a / (m·s-2)
图像很难直
1.0
观地看出来
0.8
0.6
是否为双曲
0.4
线，如何解
0.2
决这个问题？
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 m / kg
数据处理
a / (m·s-2)
次数 1/m (kg-1) m/kg a/ (m·s-2)
当
1.0
拉1
2.50 0.400 0.861 0.8
△x2
△x3
01
2
3
五、数据处理
位置 时间t/s V1/ms-1 V2/ms-1
0
1
0
0.1
6.5 7.4
0
6
2 0.2
8.5 1
3
4
5
0.3
0.4
0.5
9.4
10.50 11.53
8
五、数据处理
• 1、列表法。
• 2、图象法（v - t 图象）：
• ① 根据所得数据，选择合适的标度建系（图象尽 量分布在坐标系平面的大部分面积）
加速度与力的关系 保持小车的质量不变， 改变槽码数量改变小车所受的拉力，小车 所受拉力可认为与槽码所受重力相等。 加速度与质量的关系 保持小车所受拉力 不变，在小车上增加重物来改变小车的质 量。
设计实验
如何保证小车所受的拉力等于槽码所受的重力？
槽码的质量要远远小于小车的质量，除 此之外还要平衡摩擦力。
阻力补偿法：调节木板的倾斜角度，使小车在不受牵引力时能拖动纸带沿木板 匀速运动。
质量的测量
可以用天平测量质量。为了改变小车的质量，可以在小车中放上砝码，通 过增减砝码来改变质量。
加速度的测量
根据打点计时器打出的纸带，计算小车在相等时间间隔内的位移差 Δx ， 计算加速度的公式为 Δx＝aT 2；或计算每个点的瞬时速度，通过加速度的定义 来求加速度。