加速度的测量-力学基础实验课件-中国科技大学-06解析
合集下载
加速度 课件高中物理
加速度课件高中物理一、教学内容二、教学目标1. 理解加速度的概念，掌握加速度的计算公式，能运用加速度描述物体的运动状态。
2. 学习速度变化与时间的关系，掌握图形表示法，能通过图形分析物体的加速度。
3. 能够运用所学知识解决实际物体运动中的加速度问题，提高学生的物理应用能力。
三、教学难点与重点教学难点：加速度的计算及图形表示法的应用。
教学重点：加速度的概念、计算公式及物理意义。
四、教具与学具准备教具：加速度演示仪、示波器、计时器。
学具：计算器、直尺、铅笔、橡皮。
五、教学过程1. 实践情景引入：通过演示加速度实验，让学生观察物体的运动状态变化，引导他们思考加速度的概念。
2. 教学内容讲解：（1）加速度的定义：速度变化与所用时间的比值。
（2）加速度的计算公式：a = Δv/Δt。
（3）加速度的物理意义：表示物体速度变化的快慢。
3. 例题讲解：讲解如何运用加速度计算公式解决实际问题。
4. 随堂练习：给出几道关于加速度计算的题目，让学生当堂完成。
5. 图形表示法：介绍速度时间图、加速度时间图，让学生通过图形分析物体的加速度。
6. 实际物体运动中的加速度问题：分析生活中的加速度现象，让学生了解加速度的广泛应用。
六、板书设计1. 加速度定义：速度变化与所用时间的比值。
2. 加速度计算公式：a = Δv/Δt。
3. 加速度物理意义：表示物体速度变化的快慢。
4. 速度时间图、加速度时间图。
5. 例题及解答过程。
七、作业设计1. 作业题目：（1）一辆汽车从静止开始加速，经过10秒后速度达到20m/s，求汽车的加速度。
（2）物体在水平面上做匀加速直线运动，初速度为5m/s，末速度为15m/s，运动时间为6秒，求物体的加速度。
（3）根据速度时间图，分析物体的加速度变化。
2. 答案：（1）a = Δv/Δt = (20m/s 0m/s) / 10s = 2m/s²（2）a = Δv/Δt = (15m/s 5m/s) / 6s = 1.67m/s²（3）根据图形分析，物体的加速度先增大后减小。
高中物理必修一第4讲 实验一 测定匀变速直线运动的加速度精品PPT课件
基本实验要求
实验热点聚焦
拓展创新实验
随堂基础演练
解析 ①从计数点 1 到 6 相邻的相等时间内的位移差 Δx≈2.00 cm，在 6、7 计数点间的位移比 5、6 之间增加了(12.28－11.01)cm ＝1.27 cm＜2.00 cm，因此，开始减速的时刻在计数点 6 和 7 之间． ②计数点 5 对应的速度大小为 v5＝x42＋Tx5＝9.00＋21×1.001.1×10－2 m/s＝1.00 m/s. 计数点 4 对应的速度大小为 v4＝x32＋Tx4＝7.01＋29×.000.1×10－2m/s＝0.80 m/s.
视角 2 在新情景下完善实验步骤及数据分析
基本实验要求
实验热点聚焦
拓展创新实验
随堂基础演练
写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
随堂基础演练
实验原理 1.
基本实验要求
实验热点聚焦
拓展创新实验
随堂基础演练
2.
基本实验要求
实验热点聚焦
拓展创新实验
随堂基础演练
实验过程
基本实验要求
实验热点聚焦
拓展创新实验
随堂基础演练
注意事项 1．平行：纸带和细绳要和木板平行． 2．两先两后：实验中应先接通电源，后让小车运动；实验
完毕应先断开电源后取纸带． 3．防止碰撞：在到达长木板末端前应让小车停止运动，要
基本实验要求
实验热点聚焦
拓展创新实验
随堂基础演练
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PPT课件
质加
量速 的度 关与 系力
、
实验： 探究加速度与力、质量的关系
知识清单 一、实验目的 1.探究加速度与力、质量的关系． 2.掌握运用图像处理问题的方法． 二、实验原理 用控制变量法探究加速度a与力F、质量M的 关系，可以先保持F不变，研究a和M的关系 ，再保持M不变，研究a和F的关系．
实验： 探究加速度与力、质量的关 系
8.保持砝码和小盘的质量m
不变，改变小车质量M，重 复步骤4和6，作 a-1M 图像 ，若图像为一过原点的直线
，证明加速度与质量成反比
实验： 探究加速度与力、质量的关 系
知识清单 五、注意事项 1．牵引小车的砝码应有10g、20g、50g等规格。没 有小规格砝码，可用沙桶装沙替代，质量用天平称量 2。．探究加速度与力的关系：小车质量为200g，两车 上面均可加100g左右的砝码。保持其中一个小车所 挂砝码不变（如20g），另一小车所挂砝码逐渐加大 ，但不要过大。砝码质量过大，会使图象线性变差。
2.平衡摩擦不准造成误差. ②线为未平衡摩擦造成的误差．
②出现图(乙)中①②直线的原因 分析如下：平衡摩擦力后, 小车 在木板上的受力应有
若平衡摩擦过大, 小车在木板上的受力应有 F+mgsinθ-µmgcosθ=ma, 当1M =0, 即m→∞ 时, 式中F作为小量, 可略去, 将(*)式整理得 a=g(sinθ-µcosθ), 说明①线为平衡摩擦力过
F+mgsinθ-µmgcosθ=ma(*) 大造成的误差．
， 其中F为绳拉力，
[说明]平衡摩擦力时不要挂重物, 整个实验平 衡了摩擦力后, 不管以后是改变小盘和砝码的 质量还是改变小车和砝码的质量, 都不需要重
θ为木板与水平
新平衡摩擦力．
量速 的度 关与 系力
、
实验： 探究加速度与力、质量的关系
知识清单 一、实验目的 1.探究加速度与力、质量的关系． 2.掌握运用图像处理问题的方法． 二、实验原理 用控制变量法探究加速度a与力F、质量M的 关系，可以先保持F不变，研究a和M的关系 ，再保持M不变，研究a和F的关系．
实验： 探究加速度与力、质量的关 系
8.保持砝码和小盘的质量m
不变，改变小车质量M，重 复步骤4和6，作 a-1M 图像 ，若图像为一过原点的直线
，证明加速度与质量成反比
实验： 探究加速度与力、质量的关 系
知识清单 五、注意事项 1．牵引小车的砝码应有10g、20g、50g等规格。没 有小规格砝码，可用沙桶装沙替代，质量用天平称量 2。．探究加速度与力的关系：小车质量为200g，两车 上面均可加100g左右的砝码。保持其中一个小车所 挂砝码不变（如20g），另一小车所挂砝码逐渐加大 ，但不要过大。砝码质量过大，会使图象线性变差。
2.平衡摩擦不准造成误差. ②线为未平衡摩擦造成的误差．
②出现图(乙)中①②直线的原因 分析如下：平衡摩擦力后, 小车 在木板上的受力应有
若平衡摩擦过大, 小车在木板上的受力应有 F+mgsinθ-µmgcosθ=ma, 当1M =0, 即m→∞ 时, 式中F作为小量, 可略去, 将(*)式整理得 a=g(sinθ-µcosθ), 说明①线为平衡摩擦力过
F+mgsinθ-µmgcosθ=ma(*) 大造成的误差．
， 其中F为绳拉力，
[说明]平衡摩擦力时不要挂重物, 整个实验平 衡了摩擦力后, 不管以后是改变小盘和砝码的 质量还是改变小车和砝码的质量, 都不需要重
θ为木板与水平
新平衡摩擦力．
加速度课件高中物理
加速度课件高中物理一、教学内容本节课的教学内容选自高中物理教材第二章《运动的描述》第四节“加速度”。
具体内容包括：加速度的定义，加速度的物理意义，加速度的计算方法，以及加速度在实际运动中的应用。
二、教学目标1. 让学生掌握加速度的定义及其物理意义，理解加速度与速度、时间的关系。
2. 培养学生运用加速度概念解决实际问题的能力。
3. 培养学生的逻辑思维能力和团队合作精神。
三、教学难点与重点难点：加速度的计算方法，加速度与速度、时间的关系。
重点：加速度的定义，加速度的物理意义，以及加速度在实际运动中的应用。
四、教具与学具准备1. 教具：PPT课件，速度与加速度的关系图，实际运动视频。
2. 学具：计算器，笔记本，教材。
五、教学过程1. 导入：通过展示实际运动视频，让学生观察速度的变化，引出加速度的概念。
2. 基本概念：介绍加速度的定义，解释加速度的物理意义。
3. 理论知识：讲解加速度的计算方法，分析加速度与速度、时间的关系。
4. 例题讲解：选取典型例题，引导学生运用加速度知识解决实际问题。
5. 随堂练习：设计针对性练习题，巩固所学知识。
6. 小组讨论：分组讨论加速度在实际运动中的应用，培养学生的团队合作精神。
8. 课后作业布置：布置作业，要求学生课后巩固所学知识。
六、板书设计1. 加速度的定义2. 加速度的物理意义3. 加速度的计算方法4. 加速度与速度、时间的关系5. 实际运动中的加速度应用七、作业设计1. 作业题目：（1）计算下列各题中物体的加速度：A. 物体在2秒内从静止加速到10m/s。
B. 物体在3秒内从15m/s减速到5m/s。
（2）分析下列运动过程中加速度的变化：C. 汽车从静止开始加速，速度随时间的变化如图所示。
2. 答案：（1）A. 5m/s² B. 3.33m/s²（2）C. 加速度逐渐减小，趋于稳定。
八、课后反思及拓展延伸本节课通过实际运动情景引入加速度概念，让学生理解加速度的物理意义。
高中物理测匀变速直线运动的加速度优秀课件
返回
变式3：某同学用如图甲所示的装置测定重力加速度． (1)电火花打点计时器的工作电压为________． (2)打出的纸带如图乙所示，实验时是纸带的________ 〔填“A〞或“B〞)端和重物相连接． (3)纸带上1至9各点为计时点，由纸带所示数据可算出实验时 重物的加速度为______ m/s2.(电火花打点计时器的工作频率 为50 Hz) (4)当地的重力加速度为9.8 m/s2，该测量值与当地重力加速度 的值有差异的一个原因是___________________________．
的瞬时速度，请在表中填入打点计时器打下D点时小车的瞬时速度.
(3)以A点为计时起点，在图乙所示坐标系中画出小车的速度—时间关系
图线．
(4)计算出的小车的加速度a＝________ m/s2.(结果保存两位有效数字)
返回
例题3：利用气垫导轨来测量物块运动加速度的实验装置的示 意图如下图，细线平行于桌面，遮光片的宽度为d，两光电门 之间的距离为s.现由静止释放物块，测得遮光片通过光电门A、 B所用时间分别为ΔtA、ΔtB，用遮光片通过光电门的平均速度 表示遮光片的竖直中线通过光电门的瞬时速度． (1)遮光片的竖直中线通过光电门A的瞬时速度vA＝________； (2)利用实验汇总测出的物理量，计算出物块运动的＝加速度大 小a＝____________； (3)在实际过程中，遮光片通过光电门的平均速度______(填 “大于〞“等于〞或“小于〞)遮光片的竖直中线通过光电门 的瞬时速度，由此会产生误差，请写出一种减小这种误差的方 法
_____________________________________________________
〔四〕数据处理 1．瞬时速度的计算和记录
第2节 科学探究：加速度与力、质量的关系PPT课件
栏目 导引
第5章 牛顿运动定律
3．作图像时，要使尽可能多的点在所作直线上，不在直线上的 点应尽可能均匀地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． 4．释放小车时，小车应靠近打点计时器且先接通电源再释放小 车．
栏目 导引
第5章 牛顿运动定律
实验原理及操作 用如图所示的装置研究在作用力 F 一定时，小车的加速 度 a 与小车质量 m 的关系，某位同学设计的实验步骤如下：
PPT素材：./sucai/ PPT图表：./tubiao/ PPT教程： ./powerpoint/ 范文下载：./fanwen/ 教案下载：./jiaoan/
PPT课件：./kejian/ 数学课件：./kejian/shuxue/ 美术课件：./kejian/meishu/ 物理课件：./kejian/wuli/ 生物课件：./kejian/shengwu/ 历史课件：./kejian/lishi/
上．挂上砝码盘，然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中，
测量小车的加速度．小车的加速度 a 与砝码盘中砝码总重力 F 的
实验数据如下表：
砝码盘中砝码总重 力 F/N
0.196
0.392
0.588
0.784
0.980
加速度 a/(m·s－2) 0.69 1.18 1.66 2.18 2.70
栏目 导引
栏目 导引
第5章 牛顿运动定律
4．将小车靠近打点计时器后开启打点计时器，稍后再将小车由 静止释放．打点计时器在纸带上打出一系列点，据此计算出小 车的加速度．保持小车质量不变，增加重物的质量(重物总质量 仍远小于小车质量)，重复实验，将小车所受的不同拉力与相应 计算出的加速度记录下来． 5．保持重物不变，增加或减少小车上的砝码以改变小车的质量， 重复实验，将小车的质量与相应的加速度记录下来．
第5章 牛顿运动定律
3．作图像时，要使尽可能多的点在所作直线上，不在直线上的 点应尽可能均匀地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． 4．释放小车时，小车应靠近打点计时器且先接通电源再释放小 车．
栏目 导引
第5章 牛顿运动定律
实验原理及操作 用如图所示的装置研究在作用力 F 一定时，小车的加速 度 a 与小车质量 m 的关系，某位同学设计的实验步骤如下：
PPT素材：./sucai/ PPT图表：./tubiao/ PPT教程： ./powerpoint/ 范文下载：./fanwen/ 教案下载：./jiaoan/
PPT课件：./kejian/ 数学课件：./kejian/shuxue/ 美术课件：./kejian/meishu/ 物理课件：./kejian/wuli/ 生物课件：./kejian/shengwu/ 历史课件：./kejian/lishi/
上．挂上砝码盘，然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中，
测量小车的加速度．小车的加速度 a 与砝码盘中砝码总重力 F 的
实验数据如下表：
砝码盘中砝码总重 力 F/N
0.196
0.392
0.588
0.784
0.980
加速度 a/(m·s－2) 0.69 1.18 1.66 2.18 2.70
栏目 导引
栏目 导引
第5章 牛顿运动定律
4．将小车靠近打点计时器后开启打点计时器，稍后再将小车由 静止释放．打点计时器在纸带上打出一系列点，据此计算出小 车的加速度．保持小车质量不变，增加重物的质量(重物总质量 仍远小于小车质量)，重复实验，将小车所受的不同拉力与相应 计算出的加速度记录下来． 5．保持重物不变，增加或减少小车上的砝码以改变小车的质量， 重复实验，将小车的质量与相应的加速度记录下来．
物理 加速度PPT
B物加速度
C物加速度
D物加速度
a3 15cm / s 2 0.15m / s 2
v 3 a2 m / s 2 0.6m / s 2 t 5
2的加速度最小.
5.足球从正东方向以10m/s的速度 飞来，被你大力抽射后以20m/s的 速度向正东方向飞去，作用时间为 0.1s，问足球的加速度为多少？
所用时间 (s) 10 20 120 30 10 0.01
一、加速度
1、定义：加速度等于速度的变化量与发生这 一变化所用时间的比值． V 开始时刻物 定义式： a 体的速度－ t 初速度
a
v vo t
经过一段时间时 的速度－末速度
发生速度改 变所用时间
2、单位（SI）：米／秒2、m／s2（或 m·-2）；读为“米每二次方秒” s
第 一 章 运 动 的 描 述
分组讨论
下列物体的运动速度变化有什么不同吗？谁变化 大？谁的速度变化的快？如何比较？
研究对象 速度(m/s)
初速度V1
A跑车 B小轿车 C火车启动 D火车急刹车 E摩托车 F 发射子弹 0 0 0 40 0 0
末速度V2
30 30 50 0 20 400
速度变化 量△V(m/s) 30 30 50 - 40 20 400
练习：在直线运动中,以初速度方向 为正，
表达式: △v ＝ vt－v0
1、若vt>v0，则△v ____0，
物体做_______运动；
2、若vt<v0，则△v ____0， 物体做_______运动。
3、加速度是____量
① 加速运动，a的方向____________ ② 减速运动，a的方向____________ 4、匀变速直线运动：是_____不变的运动。
高中物理加速度ppt优秀课件
滑块通过第二个光电门的速度
滑块的加速度
谁的速度变化最大？谁的速度变化最小 汽车速度变化最大，飞机速度变化最小 速度越大的物体速度变化量越大吗？
飞机速度最大，但是其速度变化量最小 谁的速度变化最快？怎样判定速度变化快慢？ 汽车每秒速度变化1m/s；运动员每秒速度变化2m/s 运动员速度变化最快
速度越大的物体速度变化越快吗？ 飞机速度最大，但是其速度不变，即速度变化最慢
问题与练习
有没有符合下列说法的实例？若有，请举例。 A、物体运动的加速度等于0，而速度却不等于0 B、两物体相比，一个物体的速度变化量比较大，而加速度却比较小 C、物体具有向东的加速度，而速度的方向却向西 D、物体做直线运动，后一阶段的加速度比前一阶段小，但速度却比前一阶段大
A、汽车做匀速直线运动时加速度等于0，速度不等于0 B、火车从静止加速到100km/h需要50s。轿车从静止加速到100km/h需要15s C、物体向西做减速运动时，速度方向向西，但加速度向东 D、汽车加速到最大速度的过程中，汽车会做加速度减小的加速运动，速度增大 ，加速度减小
无必然的关系
注意： v不变即Δv为零，a一定等于零 a等于零，则Δv一定为零，即速度不变。
加速度、速度的变化量和速度的关系
一个物体的加速度为零，则该物体一定是 C A、静止不动 B、匀速直线运动 C、静止或匀速直线运动 D、做速度大小不变的运动
加速度、速度的变化量和速度的关系
下列关于速度和加速度的叙述中，结论正确的是 ( D ) A、物体的速度越大，它的加速度也一定越大 B、物体运动的加速度为零，它的速度也为零 C、物体运动的速度改变越大，它的加速度也一定越大 D、加速度的大小就是速度对时间的变化率的大小
以8m/s速度飞行的蜻蜓能在0.7s停下 以8m/s速度行驶的汽车能在2.5s停下 速度相同的蜻蜓和汽车停下的时间不同，蜻蜓速度减小较快
滑块的加速度
谁的速度变化最大？谁的速度变化最小 汽车速度变化最大，飞机速度变化最小 速度越大的物体速度变化量越大吗？
飞机速度最大，但是其速度变化量最小 谁的速度变化最快？怎样判定速度变化快慢？ 汽车每秒速度变化1m/s；运动员每秒速度变化2m/s 运动员速度变化最快
速度越大的物体速度变化越快吗？ 飞机速度最大，但是其速度不变，即速度变化最慢
问题与练习
有没有符合下列说法的实例？若有，请举例。 A、物体运动的加速度等于0，而速度却不等于0 B、两物体相比，一个物体的速度变化量比较大，而加速度却比较小 C、物体具有向东的加速度，而速度的方向却向西 D、物体做直线运动，后一阶段的加速度比前一阶段小，但速度却比前一阶段大
A、汽车做匀速直线运动时加速度等于0，速度不等于0 B、火车从静止加速到100km/h需要50s。轿车从静止加速到100km/h需要15s C、物体向西做减速运动时，速度方向向西，但加速度向东 D、汽车加速到最大速度的过程中，汽车会做加速度减小的加速运动，速度增大 ，加速度减小
无必然的关系
注意： v不变即Δv为零，a一定等于零 a等于零，则Δv一定为零，即速度不变。
加速度、速度的变化量和速度的关系
一个物体的加速度为零，则该物体一定是 C A、静止不动 B、匀速直线运动 C、静止或匀速直线运动 D、做速度大小不变的运动
加速度、速度的变化量和速度的关系
下列关于速度和加速度的叙述中，结论正确的是 ( D ) A、物体的速度越大，它的加速度也一定越大 B、物体运动的加速度为零，它的速度也为零 C、物体运动的速度改变越大，它的加速度也一定越大 D、加速度的大小就是速度对时间的变化率的大小
以8m/s速度飞行的蜻蜓能在0.7s停下 以8m/s速度行驶的汽车能在2.5s停下 速度相同的蜻蜓和汽车停下的时间不同，蜻蜓速度减小较快
加速度的测量-力学基础实验课件-中国科技大学-06分解
解决电缆问题的办法
将放大器装入传感器中，组成一体化传感器。
压 电 式 加 速 度 传 感 器
• 压电式加速度传感器的压电元件是二片并 联连接的石英晶片，放大器是一个超小型 静电放大器。这样引线非常短，引线电容 几乎等于零就避免了长电缆对传感器灵敏 度的影响。放大器的输入端可以得到较大 的电压信号，这样弥补了石英晶体灵敏度 低的缺陷。
以石英晶体为例说明压电工作原理。天然的石英晶 体是正六面体，在晶体学中可以把它用三条互相垂 直的轴来表示。纵轴Z轴---光轴；通过六面体棱线 并垂直于光轴的轴线X轴---电轴；同时垂直于光轴 和电轴的轴线Y轴---力轴。如果切割出一个平行六 面体，使晶体面分别平行于光轴、电轴和力轴，当 在X方向或Y方向对晶体施加力时，只能在垂直于电 轴的晶面上出现电荷，在Z轴方向施加力时，晶面上 无电荷。
（1）电压放大器
Ca：传感器的电容 Ra：传感器的漏电阻 Cc：连接电缆的等效电容 Ri：放大器的输入电阻 Ci：放大器的输入电容
Ra Ri R Ra Ri
C C a Cc C i
R 前置放大器输入电压 U i i 1 jRC
压电元件的力 F=Fmsinωt 压电元件的压电系数为d33，产生的电荷为Q = d33· F。
－－－－－－ ＋＋＋＋＋＋ 电 场 方 向
Ｅ
极 化 方 －－－－ 向－ － ＋＋＋＋＋＋
逆压电效应示意图
由此可见，压电陶瓷所以具有压电效应，是由于陶 瓷内部存在自发极化。这些自发极化经过极化工序处理 而被迫取向排列后，陶瓷内即存在剩余极化强度。如果 外界的作用（如压力或电场的作用）能使此极化强度发 生变化，陶瓷就出现压电效应。此外，还可以看出，陶 瓷内的极化电荷是束缚电荷，而不是自由电荷，这些束 缚电荷不能自由移动。所以在陶瓷中产生的放电或充电 现象，是通过陶瓷内部极化强度的变化，引起电极面上 自由电荷的释放或补充的结果。
第四章 2 实验：探究加速度与力、质量的关系课件(共27张PPT)
解 （1）将题图乙中各点连线，得到的是一条曲线，故a与m的关系是非线性的。
析 （2）由题图乙可知，当钩码的质量不为零时，在一定范围内小车的加速度 仍为零，即钩码对小车的拉力大于某一数值时小车才产生加速度，故可能的 原因是存在摩擦力。 （3）若将钩码所受重力作为小车所受的合外力，则应满足两个条件，一是 要平衡摩擦力，二是钩码的质量远小于小车的质量。
未画出）。x1=3.61 cm，x2=4.41 cm，x3=5.19 cm，x4=5.97 cm，x5=6.78 cm， x6=7.58 cm，则小车的加速度a= 0.79 m/s2（结果保留两位有效数字）。
解 析
题组 四 新高考适应练
6.拓展某物理课外小组利用图中的装置探究物体加速度与其所受合外力之间的关系。图 中，置于实验台上的长木板水平放置，其右端固定一轻滑轮；轻绳跨过滑轮，一端与放
（3）对应于不同的n的a值见下表。n=2时的x-t图像如图甲所示；由图求出此时小
车的加速度（保留两位有效数字），将结果填入下表。
（4）利用表中的数据在图乙中补齐数据点，并作出a-n图像，从图像可以看出：
当物体质量一定时，物体的加速度与其所受的合外力成正比。
（3）__0_._3_9_（__0_._4_0_也_可__）__
谢谢
Hale Waihona Puke “非线性”）关系。（2）由图乙可知，a-m图线不经过原点，可能的原因是 存在摩擦力 。
（3）若利用本实验装置来验证“在小车质量不变的情况下，小车的加速度与合外力成
正比”的结论，并直接以钩码所受重力mg作为小车受到的合外力，则实验中应采取的
改进措施是__调__节__轨__道__的__倾__斜__度__以__平__衡__摩__擦__力___，钩码的质量应满足的条件是_远__小__于___ _小__车__的__质__量_____。
《实验探究加速度与力、质量的关系》课件ppt
4.让小车靠近打点计时器,挂上槽码,先接通电源,再让小车拖着纸带在木板
上匀加速下滑,打出一条纸带。计算槽码的重力,即为小车所受的合外力,
由纸带计算出小车的加速度,并把力和对应的加速度填入表1中。
5.改变槽码的个数,重复步骤4,并多做几次。
6.保持槽码个数不变,在小车上放上砝码改变小车的质量,让小车在木板上
)
解析 作直线拟合的方法是较多的点在一条直线上,其他不在直线上的点均
匀分布在线的两侧。
答案 ×
(4)多次进行实验,得到的结论一定是准确的。(
)
解析 多次实验得到的结论仍然具有猜想和推断的性质,只有根据这些结论
推导出的很多新结果与事实一致时,这样的结论才真正正确。
答案 ×
2.在研究物体的加速度、作用力和质量三个物理量的关系时,我们用实验
图像得出曲线,不易判断二者之间关系,将其转成a根据图像得出结论。
(3)步骤D中电磁打点计时器接在6 V电压的蓄电池上将无法工作,必须接在约
为8 V交流电源上。
(4)步骤G中作a-m关系图像,得到的是曲线,很难进行正确的判断,必须“化曲为
1
直”,改作a- 关系图像。
答案 (1)①应靠右端
②应靠近打点计时器
补偿阻力
6 V电压的蓄电池
B (3)D
a-m关系图像
作a-
2023
新版人教版高中物理必修
第四章
2
第一册
实验:探究加速度与力、质量的关系
内
容
索
引
01
课前篇 自主预习
02
课堂篇 探究学习
学习目标
1.学会用控制变量法探究加速度与力、质量的定量关系。(科学探究)
2.会测量加速度、力和质量,能作出物体运动的a-F、a-
上匀加速下滑,打出一条纸带。计算槽码的重力,即为小车所受的合外力,
由纸带计算出小车的加速度,并把力和对应的加速度填入表1中。
5.改变槽码的个数,重复步骤4,并多做几次。
6.保持槽码个数不变,在小车上放上砝码改变小车的质量,让小车在木板上
)
解析 作直线拟合的方法是较多的点在一条直线上,其他不在直线上的点均
匀分布在线的两侧。
答案 ×
(4)多次进行实验,得到的结论一定是准确的。(
)
解析 多次实验得到的结论仍然具有猜想和推断的性质,只有根据这些结论
推导出的很多新结果与事实一致时,这样的结论才真正正确。
答案 ×
2.在研究物体的加速度、作用力和质量三个物理量的关系时,我们用实验
图像得出曲线,不易判断二者之间关系,将其转成a根据图像得出结论。
(3)步骤D中电磁打点计时器接在6 V电压的蓄电池上将无法工作,必须接在约
为8 V交流电源上。
(4)步骤G中作a-m关系图像,得到的是曲线,很难进行正确的判断,必须“化曲为
1
直”,改作a- 关系图像。
答案 (1)①应靠右端
②应靠近打点计时器
补偿阻力
6 V电压的蓄电池
B (3)D
a-m关系图像
作a-
2023
新版人教版高中物理必修
第四章
2
第一册
实验:探究加速度与力、质量的关系
内
容
索
引
01
课前篇 自主预习
02
课堂篇 探究学习
学习目标
1.学会用控制变量法探究加速度与力、质量的定量关系。(科学探究)
2.会测量加速度、力和质量,能作出物体运动的a-F、a-
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第六章 加速度测量
● 背景介绍 ●压电式传感器 ●压电式加速度传感器 ●其它类型的加速度传感器 ●压电式传感器的标定 ●动态加速度测量实验
背景介绍
现在已有很多测量力、压力和运动的方法，现在 讨论这些测量所涉及的公用组成部分。经常需要测量的 运动是直线运动和角运动，对这两种运动三个基本参数 是位移（S和β）、速度（V和ω）和加速度（a和α）, 它们之间的关系在数学上表示为：
固体振动特(乐器为例)
编钟
振动与模态分析
高速撞击实验与测量
装有传感 器的假人
碰撞实验中，利用加速度传感器可进行：1、碰撞程度测量 （不同速度、与不同物体碰撞等）；2、车内不同部位感受的 冲击程度（车的结构设计有关）；3、乘客坐姿、部位、约束 条件等对感受冲速度传感器还可以在汽车发生碰撞时，给出信号，触 发控制系统使气囊迅速充气（正常车内安装）。
对于不同方向的作用力，给定的晶体平面上产生的电荷极 性也不同。因此压电材料在外力作用时产生的极化电荷不 仅能反映外力的大小，也能反映外力的作用方向。描述压 电效应中机械变量和电变量之间的关系是压电方程。
（a）正负电荷是互相平衡的，所以外部没有带电现象。
（b）在X轴方向压缩，表面A上呈现负电荷、B表面呈现正电荷。 （c）沿Y轴方向压缩，在A和B表面上分别呈现正电荷和负电荷
2 压电方程
压电方程有四种形式（电场强度E或电荷密度D 与应力T或应变S的不同组合），它们可以互相 转换。
这里只讨论正向压电效应，一般不考虑磁场的 作用并且没有外加电场的作用。 电荷密度（极化强度）D和应变S的关系 （略） 电荷密度（极化强度）D和应力T的关系:
Txx
在复杂应力状态下，完整的 表达式为：
以石英晶体为例说明压电工作原理。天然的石英晶体 是正六面体，在晶体学中可以把它用三条互相垂直 的轴来表示。纵轴Z轴---光轴；通过六面体棱线并 垂直于光轴的轴线X轴---电轴；同时垂直于光轴和 电轴的轴线Y轴---力轴。如果切割出一个平行六面 体，使晶体面分别平行于光轴、电轴和力轴，当在X 方向或Y方向对晶体施加力时，只能在垂直于电轴的 晶面上出现电荷，在Z轴方向施加力时，晶面上无电 荷。
（库/牛）。物理意义是无外加电场的作用或 恒电场条件下，单位应力所产生的极化电荷密 度。在M. K .S.制中单位为：
（库/米2）/（牛/米2）= 库/牛
传感器实际应用中，晶体都工作在简单受 力状态，方程将大大简
化，一般都是采取厚度方
向承载。
实验表明如果在电轴方向作用力 为Fx，则在与电轴垂直的平面上产 生电荷Qx
Qx = d33Fx (∵Dx= d33 Txx ∴ Qx =S Dx= d33Fx) 可见，电轴方向受力时， 电荷量与晶片的几何尺寸无关。
沿力轴方向施加作用力Fy，则在与电轴垂直的 平面上产生电荷Qy ，
Qy= - d31Fy L/h L是晶体切片长度，h是 晶体切片厚度。可见沿力轴方向的力作用 在晶体上时，所产生电荷量与晶片的几 何尺寸有关。
加速度测量
加速度是表征物体在空间运动本质的一个基本物 理量。因此，可以通过测量加速度来测量物体的 运动状态。无需知道几何位置等，即可实时了解 动态信息（非惯性）；通常还通过测量加速度来 判断运动机械系统所承受的加速度负荷的大小， 以便正确设计其机械强度和按照设计指标正确控 制其运动加速度，以免机件损坏。对于加速度， 常用绝对法测量，即把惯性型测量装置安装在运 动体上进行测量。
利用某些材料的压电效应制作的各类传 感器称为压电式传感器 。具有压电效应的 材料有三大类：压电晶体、压电陶瓷、压 电薄膜，以压电晶体应用最多。
1压电效应 某些单晶体和多晶体陶瓷材料受 到外力作用时能在材料中产生电场（在表 面产生电荷），当外力除去时，又重新恢 复到不带电的状态。这个物理现象称为 “压电效应”。具有压电效应的材料称为 压电材料，它们同时具有逆压电效应，即 在电场作用下会发生变形。
利用加速度传感器 实现延时起爆的钻
地炸弹
传感器安装位置
MEMS加速度传感器的应用
用于测加速度的传感器主要是压电 式的，其它有电阻应变式、电位器式、 霍尔式、伺服式等，由于压电式传感 器结构简单、体积小、轻巧、频带宽、 性能稳定、线性度好因此在振动和力 的测量方面被广泛应用。
§6.1压电式传感器
Dx、Dy、Dz分别是垂直于
X、Y、Z轴平面上的电荷密度 （库/米2）；
Tyy
Dx
Dy
dij
Tzz T 36
yz
Dz
Tz x
Txy
Txx 、Tyy 、Tzz 分别是轴向应力（牛/米2）；
Txy 、Tyz 、Tzx分别是剪应力 （牛/米2）；
dij 是压电应力系数矩阵，也称压电模量（库/牛）。
dij 是压电应力系数矩阵，也称压电模量
压电陶瓷的压电效应
• 人工制造的多晶体，压电机理与压电晶体不同。
压电陶瓷的极化
极化后，当把电压表接到陶瓷片的两个电极上进行测量
V
ds ,
dt
d
dt
,a
dV dt
d 2s dt 2
,
d
dt
d2
dt 2
这表明，可以测出其中的一个量，然后进行积分或微分 运算得到另一些量。由于微分的误差放大，而积分是修 匀的过程，普遍使用积分运算，所以加速度测量是运动 测量的基础。另外，力和压力传感器本质上也是加速度 计：F = ma, P= F/s
完全自主的导航 可提供多种导航信息 ➢ 缺点： 精度逐渐降低。 初始对准时间长
卫星导航系统（GPS）： ➢ 优点：
定位精度高 精度不随时间变化 ➢ 缺点： 卫星信号不易捕获和跟踪 抗干扰能力差
GPS系统与惯导系统具有互补的特点
因而被认为是目前导航领域和大地测量领域最 理想的组合方式。
固体结构的冲击响应 与频谱特性测量
加速度传感器应用示例
惯性导航系统
船用平台式惯性导航系统 一般采用水平指北方案。由陀螺仪（三个单自由或二个
双自由）构成稳定平台，跟踪并稳定在当地地理坐标系内。 在惯性平台上安装两个敏感轴互相垂直、分别沿东西向和 南北向放置的加速度计，用以测量这两个方向的加速度信 息。
惯性导航与GPS的比较
惯性导航系统（INS）： ➢ 优点：
● 背景介绍 ●压电式传感器 ●压电式加速度传感器 ●其它类型的加速度传感器 ●压电式传感器的标定 ●动态加速度测量实验
背景介绍
现在已有很多测量力、压力和运动的方法，现在 讨论这些测量所涉及的公用组成部分。经常需要测量的 运动是直线运动和角运动，对这两种运动三个基本参数 是位移（S和β）、速度（V和ω）和加速度（a和α）, 它们之间的关系在数学上表示为：
固体振动特(乐器为例)
编钟
振动与模态分析
高速撞击实验与测量
装有传感 器的假人
碰撞实验中，利用加速度传感器可进行：1、碰撞程度测量 （不同速度、与不同物体碰撞等）；2、车内不同部位感受的 冲击程度（车的结构设计有关）；3、乘客坐姿、部位、约束 条件等对感受冲速度传感器还可以在汽车发生碰撞时，给出信号，触 发控制系统使气囊迅速充气（正常车内安装）。
对于不同方向的作用力，给定的晶体平面上产生的电荷极 性也不同。因此压电材料在外力作用时产生的极化电荷不 仅能反映外力的大小，也能反映外力的作用方向。描述压 电效应中机械变量和电变量之间的关系是压电方程。
（a）正负电荷是互相平衡的，所以外部没有带电现象。
（b）在X轴方向压缩，表面A上呈现负电荷、B表面呈现正电荷。 （c）沿Y轴方向压缩，在A和B表面上分别呈现正电荷和负电荷
2 压电方程
压电方程有四种形式（电场强度E或电荷密度D 与应力T或应变S的不同组合），它们可以互相 转换。
这里只讨论正向压电效应，一般不考虑磁场的 作用并且没有外加电场的作用。 电荷密度（极化强度）D和应变S的关系 （略） 电荷密度（极化强度）D和应力T的关系:
Txx
在复杂应力状态下，完整的 表达式为：
以石英晶体为例说明压电工作原理。天然的石英晶体 是正六面体，在晶体学中可以把它用三条互相垂直 的轴来表示。纵轴Z轴---光轴；通过六面体棱线并 垂直于光轴的轴线X轴---电轴；同时垂直于光轴和 电轴的轴线Y轴---力轴。如果切割出一个平行六面 体，使晶体面分别平行于光轴、电轴和力轴，当在X 方向或Y方向对晶体施加力时，只能在垂直于电轴的 晶面上出现电荷，在Z轴方向施加力时，晶面上无电 荷。
（库/牛）。物理意义是无外加电场的作用或 恒电场条件下，单位应力所产生的极化电荷密 度。在M. K .S.制中单位为：
（库/米2）/（牛/米2）= 库/牛
传感器实际应用中，晶体都工作在简单受 力状态，方程将大大简
化，一般都是采取厚度方
向承载。
实验表明如果在电轴方向作用力 为Fx，则在与电轴垂直的平面上产 生电荷Qx
Qx = d33Fx (∵Dx= d33 Txx ∴ Qx =S Dx= d33Fx) 可见，电轴方向受力时， 电荷量与晶片的几何尺寸无关。
沿力轴方向施加作用力Fy，则在与电轴垂直的 平面上产生电荷Qy ，
Qy= - d31Fy L/h L是晶体切片长度，h是 晶体切片厚度。可见沿力轴方向的力作用 在晶体上时，所产生电荷量与晶片的几 何尺寸有关。
加速度测量
加速度是表征物体在空间运动本质的一个基本物 理量。因此，可以通过测量加速度来测量物体的 运动状态。无需知道几何位置等，即可实时了解 动态信息（非惯性）；通常还通过测量加速度来 判断运动机械系统所承受的加速度负荷的大小， 以便正确设计其机械强度和按照设计指标正确控 制其运动加速度，以免机件损坏。对于加速度， 常用绝对法测量，即把惯性型测量装置安装在运 动体上进行测量。
利用某些材料的压电效应制作的各类传 感器称为压电式传感器 。具有压电效应的 材料有三大类：压电晶体、压电陶瓷、压 电薄膜，以压电晶体应用最多。
1压电效应 某些单晶体和多晶体陶瓷材料受 到外力作用时能在材料中产生电场（在表 面产生电荷），当外力除去时，又重新恢 复到不带电的状态。这个物理现象称为 “压电效应”。具有压电效应的材料称为 压电材料，它们同时具有逆压电效应，即 在电场作用下会发生变形。
利用加速度传感器 实现延时起爆的钻
地炸弹
传感器安装位置
MEMS加速度传感器的应用
用于测加速度的传感器主要是压电 式的，其它有电阻应变式、电位器式、 霍尔式、伺服式等，由于压电式传感 器结构简单、体积小、轻巧、频带宽、 性能稳定、线性度好因此在振动和力 的测量方面被广泛应用。
§6.1压电式传感器
Dx、Dy、Dz分别是垂直于
X、Y、Z轴平面上的电荷密度 （库/米2）；
Tyy
Dx
Dy
dij
Tzz T 36
yz
Dz
Tz x
Txy
Txx 、Tyy 、Tzz 分别是轴向应力（牛/米2）；
Txy 、Tyz 、Tzx分别是剪应力 （牛/米2）；
dij 是压电应力系数矩阵，也称压电模量（库/牛）。
dij 是压电应力系数矩阵，也称压电模量
压电陶瓷的压电效应
• 人工制造的多晶体，压电机理与压电晶体不同。
压电陶瓷的极化
极化后，当把电压表接到陶瓷片的两个电极上进行测量
V
ds ,
dt
d
dt
,a
dV dt
d 2s dt 2
,
d
dt
d2
dt 2
这表明，可以测出其中的一个量，然后进行积分或微分 运算得到另一些量。由于微分的误差放大，而积分是修 匀的过程，普遍使用积分运算，所以加速度测量是运动 测量的基础。另外，力和压力传感器本质上也是加速度 计：F = ma, P= F/s
完全自主的导航 可提供多种导航信息 ➢ 缺点： 精度逐渐降低。 初始对准时间长
卫星导航系统（GPS）： ➢ 优点：
定位精度高 精度不随时间变化 ➢ 缺点： 卫星信号不易捕获和跟踪 抗干扰能力差
GPS系统与惯导系统具有互补的特点
因而被认为是目前导航领域和大地测量领域最 理想的组合方式。
固体结构的冲击响应 与频谱特性测量
加速度传感器应用示例
惯性导航系统
船用平台式惯性导航系统 一般采用水平指北方案。由陀螺仪（三个单自由或二个
双自由）构成稳定平台，跟踪并稳定在当地地理坐标系内。 在惯性平台上安装两个敏感轴互相垂直、分别沿东西向和 南北向放置的加速度计，用以测量这两个方向的加速度信 息。
惯性导航与GPS的比较
惯性导航系统（INS）： ➢ 优点：