物理人教版 (2019)第四章 运动和力的关系2 实验：探究加速度与力、质量的关系课文课件ppt

这是一份物理人教版 (2019)第四章 运动和力的关系2 实验：探究加速度与力、质量的关系课文课件ppt，共60页。PPT课件主要包含了实验必备•自主学习，精析典例•素养提升，评价检测•素养达标，核心素养目标，水平木板，拉力不变，小得多，应靠右端，应靠近打点计时器，应使细绳平行于木板等内容，欢迎下载使用。
新课程标准1．能对探究的物理问题制订科学探究方案，有控制变量的意识，会使用实验器材获取数据．2．能根据数据形成结论，会分析导致实验误差的原因．3．能撰写有一定要求的实验报告，能与他人交流探究过程和结果．
一、实验思路1．实验装置 将小车置于________上，通过滑轮与______相连．小车可以在槽码的牵引下运动．
二、物理量的测量1．质量的测量：用_____测量．为了改变小车的质量，可以在小车中增减______的数量．2．加速度的测量(1)方法1：让小车做初速度为0的匀加速直线运动，用刻度尺测量小车的位移x，并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.(2)方法2：由纸带根据公式Δx＝aT2，结合逐差法计算出小车的加速度．
三、进行实验1．调试实验装置进行实验．2．加速度与力的关系：设计表格，把测得的同一个小车在不同拉力F作用下的加速度a填在表1中．表1：小车质量一定
3.加速度与质量的关系：设计表格，把测得的不同质量的小车在相同拉力作用下的加速度a填在表2中．表2：小车所受的拉力一定
四、数据分析 1．加速度与力的关系(小车质量不变)以a为纵坐标、F为横坐标，根据数据作a-F图像，用曲线拟合测量点，找出规律，分析a与F的关系．
五、注意事项1．打点前小车应靠近打点计时器且应先启动打点计时器后放开小车．2．在补偿阻力时，不要悬挂槽码，但小车应连着纸带且启动计时器．用手轻轻地给小车一个初速度，如果在纸带上打出的点的间隔均匀，表明小车受到的阻力跟它的重力沿斜面向下的分力平衡．3．改变槽码的质量的过程中，要始终保证槽码的质量远小于小车的质量．4．作图时应使所作的直线通过尽可能多的点，不在直线上的点也要尽可能地均匀分布在直线的两侧，个别偏离较远的点应舍去．
类型一　实验过程与操作归纳总结1.本实验用到的物理方法及实验条件
2.平衡摩擦力应注意以下几点(1)不挂槽码．(2)垫高长木板远离滑轮的一端．(3)连好纸带后接通打点计时器，调节倾角，当纸带上打出的点迹均匀分布时，说明已经平衡了摩擦力．
典例示范例1 在研究作用力F一定时，小车的加速度a与小车(含砝码)质量M的关系的实验中，某同学安装的实验装置和设计的实验步骤如下： 
A．用天平称出小车和槽码的质量B．按图示安装好实验器材C．把细绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂槽码D．将电磁打点计时器接在6 V电压的蓄电池上，接通电源，释放小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，并在纸带上标明小车质量E．保持槽码的质量不变，增加小车上的砝码个数，并记录每次增加后的M值，重复上述实验F．分析每条纸带，测量并计算出加速度的值G．作a-M关系图像，并由图像确定a与M的关系
(1)请改正实验装置图中的错误．①电磁打点计时器位置____________；②小车位置_____________________；③滑轮位置_____________________.
【解析】　(1)①电磁打点计时器应固定在长木板无滑轮的一端，且应靠近右端；②释放小车时，小车应靠近打点计时器；③连接小车的细绳应平行于木板，故应调节滑轮位置使细绳平行于木板．
(2)该同学漏掉的重要实验步骤是________，该步骤应排在步骤____之后．(3)在上述步骤中，有错误的是步骤____，应把_______________改为______________．(4)在上述步骤中，处理不恰当的是步骤___，应把____________改为______________．
针对训练1　用如图所示的装置可以完成“探究加速度与力、质量的关系”的实验． 　 (1)打点计时器使用的电源是___ (选填选项前的字母)．A．直流电源 B．交流电源(2)实验中，需要平衡摩擦力和其他阻力．正确操作方法是____ (选填选项前的字母)．A．把长木板右端垫高B．改变小车的质量
解析：(1)打点计时器需要交流电源，故选B.(2)需要平衡摩擦力和其他阻力的方法是把长木板右端垫高，用小车所受重力的分力来平衡摩擦力和阻力，故选A.
(3)在_____(选填选项前的字母)且计时器打点的情况下，轻推一下小车，若小车拖着纸带做匀速运动，表明已经消除了摩擦力和其他阻力的影响．A．不悬挂槽码 B．悬挂槽码(4)实验中，为了保证悬挂槽码的重力近似等于使小车做匀加速运动的拉力，悬挂槽码的总质量m与小车M之间应满足的条件是_____．A．M≫m B．m≫M
解析： (3)不悬挂槽码，轻推一下小车，若小车拖着纸带做匀速运动，表明已经消除了摩擦力和其他阻力的影响．(4)为了保证悬挂槽码的重力近似等于使小车做匀加速运动的拉力，悬挂槽码的总质量m与小车M之间应满足的条件是M≫m.
针对训练2　在探究加速度与力、质量的关系活动中，某小组设计了如图所示的实验装置．图中上下两层水平轨道表面光滑，两小车前端系上细线，细线跨过滑轮并挂上砝码盘，两小车尾部细线连到控制装置上，实验时通过控制装置使两小车同时开始运动，然后同时停止．
(1)在安装实验装置时，应调整滑轮的高度，使____________________；在实验时，为减小系统误差，应使砝码盘和砝码的总质量________(选填“远大于”“远小于”或“等于”)小车的质量．(2)本实验通过比较两小车的位移来比较小车加速度的大小，能这样比较，是因为____________________________________________________．
细线与轨道平行(或水平)
两小车从静止开始做匀加速直线运动，且两小车的运动时间相等
典例示范例2 某小组利用如图甲所示的装置探究加速度与力的关系．实验中他们平衡了小车和木板间的摩擦力，还用天平测出小车的总质量，同时用所挂槽码的总重力代替小车所受的牵引力F.
(1)挂槽码前，为了消除摩擦力的影响，应调节木板右侧的高度，直至向左轻推小车观察到纸带上_____________．(2)他们还在实验时调节木板上定滑轮的高度，使牵引小车的细线与木板平行．这样做的目的是____．A．避免小车在运动过程中发生抖动B．使打点计时器在纸带上打出的点迹清晰C．保证小车最终能够做匀速直线运动D．使细线拉力等于小车受到的合力
【解析】　(1)挂槽码前，为了消除摩擦力的影响，应调节木板右侧的高度，直至向左轻推小车观察到小车做匀速运动(纸带上点迹均匀)，摩擦力被平衡掉．(2)使牵引小车的细线与木板平行，这样做的目的是可在平衡摩擦力后使细线拉力等于小车受的合力，故D正确．
(3)如下表记录了小车质量一定时，牵引力大小F与对应的加速度a的几组数据，请在图乙的坐标中描点作出a-F图线．
(4)实验中画出的a-F图线与理论计算的图线(图中已画出)有明显偏差，其原因主要是_________________________________.
不满足小车的质量远大于所挂槽码的质量
【解析】探究加速度与力的关系实验中，当槽码质量远小于小车质量时，可以认为小车受到的拉力等于槽码重力，如果槽码质量太大，没有远小于小车质量，小车受到的拉力明显小于槽码重力，实验误差较大，a-F图像不再是直线，而发生弯曲，变成曲线，故其原因主要是不满足小车的质量远大于所挂槽码的质量．
针对训练3　某组同学设计了“探究加速度a与物体所受合力F及质量m的关系”实验．如图甲为实验装置简图，A为小车，B为电火花计时器，C为槽码，D为一端带有定滑轮的长方形木板，实验中认为细绳对小车拉力F等于槽码的总重力，小车运动的加速度a可用纸带上打出的点求得．
(1)某次实验时，测得小车和小车上的槽码总质量为800 g，则槽码的总质量较为合理的是(　　)A．50 g B．500 g C．5 kg D．50 kg(2)如图乙为某次实验得到的纸带，已知实验所用电源的频率为50 Hz.根据纸带可求出电火花计时器打B点时的速度为_____m/s，小车的加速度大小为_____m/s2.(结果均保留两位小数)
(3)在“探究加速度a与质量m的关系”时，某同学按照自己的方案将实验数据都在坐标系中进行了标注，但尚未完成图像(如图丙所示)．请继续帮助该同学作出坐标系中的图像． 
答案：根据描点法作出图像，如图所示
(4)在“探究加速度a与合力F的关系”时，该同学根据实验数据作出了加速度a与合力F的图线如图丁所示，图线不通过坐标原点的原因是_____________________________________.
没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不够
解析：图线不通过坐标原点，F不为零时，加速度仍为零，知实验前没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不够．
典例示范例3 如图所示是某同学探究加速度与力的关系的实验装置．他在气垫导轨上安装了一个光电门B，滑块上固定一遮光条，滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连，力传感器下方悬挂槽码，每次滑块都从A处由静止释放．
(1)该同学用游标卡尺测量遮光条的宽度d.(2)实验时，将滑块从A位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门B的时间t，若要得到滑块的加速度，还需要测量的物理量是________________________________ (用文字表述)．滑块通过光电门的速度为____ (用已知量表示)．(3)下列实验操作和要求必要的是____ (请填写选项前对应的字母)．A．应将气垫导轨调节水平B．应测出槽码和力传感器的总质量C．应使A位置与光电门B间的距离适当大些D．应使滑块质量远大于槽码和力传感器的总质量
遮光条在A处时与光电门B的水平距离
【解析】　(3)A对：实验前应将气垫导轨调节水平．B错：滑块受到的拉力可以由力传感器测出，实验不需要测出槽码和力传感器的总质量．C对：为减小实验误差，应使A位置与光电门B间的距离适当大些．D错：滑块受到的拉力可以由力传感器测出，不需要使滑块质量远大于槽码和力传感器的总质量．
针对训练4　在探究加速度与力、质量关系的实验中，某同学设计了如图甲所示的实验装置．力传感器可测出轻绳中的拉力大小．
(1)实验中为探究加速度与力的关系，一定要进行的操作是_____．A．为减小误差，实验中一定要保证砂和砂桶的质量远小于小车的质量B．用天平测出砂和砂桶的质量C．将带滑轮的长木板右端垫高，以补偿阻力D．小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，打出一条纸带，同时记录力传感器的示数
解析：本题拉力可以由力传感器测出，不需要用天平测出砂和砂桶的质量，也就不需要使小桶(包括砂)的质量远小于车的总质量，故A、B项错误；该题是力传感器测出的拉力，表示小车受到的合外力，故需要将带滑轮的长木板右端垫高，以补偿阻力，故C项正确；小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，打出一条纸带，同时记录力传感器的示数，故D项正确．
(2)在正确操作的前提下，该同学在实验中得到如图乙所示的一条纸带(两计数点间还有四个点没有画出)．已知打点计时器采用的是频率为50 Hz的交流电，根据该纸带，可求打计数点2时小车的速度大小v2＝______ m/s，小车的加速度为_____m/s2(结果保留三位有效数字)．
1.如图所示是“探究加速度与力、质量的关系”实验装置：
(1)如图是实验时平衡摩擦力的情形，其中正确的是____ (选填字母)．
解析：平衡摩擦力时，小车要在无拉力的情况下进行，不需要挂槽码，让小车拖着纸带匀速下滑，故选项B最恰当．
2．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，渗透了研究问题的多种科学方法：(1)实验环境的等效法：__________________；(2)实验条件设计的科学方法：____________；(3)实验原理的简化：_______，即当小车质量M车≫m槽码时，细绳对小车的拉力大小近似等于槽码的重力m槽码g；
解析：(1)由于小车运动受到摩擦阻力，所以要进行平衡摩擦力，以减小实验误差，称为平衡摩擦力法；(2)在探究加速度、力与质量三者关系时，先保持其中一个量不变，来探究其他两个量之间的关系，称为控制变量法；(3)当小车质量M车≫m槽码时，细绳对小车的拉力大小近似等于槽码的重力m槽码g，称为近似法；
3．用如图甲所示的实验装置来探究加速度与力、质量的关系．
受力不变时，a与M成反比
4．某实验小组用如图甲所示的实验装置探究加速度与力、质量的关系，重物通过滑轮用细线拉着小车，在小车和重物之间接一个不计质量的微型力传感器，位移传感器(发射器)随小车一起沿水平轨道运动，位移传感器(接收器)固定在轨道一端，实验中力传感器的拉力为F，保持小车[包括位移传感器(发射器)]的质量不变，改变重物重力重复实验若干次，得到加速度与外力的关系．
(1)关于实验操作，下列说法正确的是____ (填序号)．A．实验前应调节滑轮高度，使滑轮和小车间的细线与木板平行B．平衡摩擦力时，在细线的下端悬挂钩码，使小车在线的拉力作用下能匀速下滑C．每次改变小车所受的拉力后都要重新平衡摩擦力D．实验应满足重物的质量远小于小车的质量
解析：实验前应调节滑轮高度，使滑轮和小车间的细线与木板平行，故A正确．平衡摩擦力时，不用悬挂钩码，故B错误．每次改变小车所受的拉力后不需要重新平衡摩擦力，故C错误．力传感器可以直接得到拉力的大小，所以重物的质量没有必要远小于小车的质量，故D错误．