高中物理人教版 (2019)必修 第一册2 实验：探究加速度与力、质量的关系备课课件ppt

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1、什么是物体运动状态的改变？其原因是什么？
2、物体运动状态改变除了与力有关，还与哪些因素有关？
运动状态的改变指的是物体速度发生了变化；力是改变物体运动状态的原因
力（F）是改变物体运动状态的原因
力是产生加速度（a）的原因
质量（m）反映了物体维持原有运动状态的“能力” 。
实验探究 a、F、m的关系
加速度与力、质量之间必然存在一定的关系。
保持m不变，研究a与F的关系; 保持F不变，研究a与m的关系。
制定实验方案1.实验中需要测量哪些物理量？2.用什么测量工具，如何进行测量？3.实验过程中，需要记录哪些数据？4.如何分析测量得到的数据？
如果物体做初速度为零的匀加速直线运动，则可利用刻度尺测量位移和秒表测量时间，然后由公式 可算出
利用打点计时器进行实验，根据纸带上打出的点可测量加速度
利用比值法。由于 测出两个初速度为零的匀加速运动在相同时间内发生的位移x1,x2，位移之比就是加速度之比
（1）如何给小车施加一个可以测量的恒力F呢？
（2）细线给小车提供的拉力是小车受到合力吗？
（3）如何调整装置能够消除阻力的影响，使绳的拉力就是小车受到的合力呢？
一端垫高，用重力的分力G1将摩擦力f 平衡抵消掉
平衡摩擦力——阻力补偿法
将木板的一端适当垫高，不挂托盘，给小车一定的初速度，小车恰好匀速运动。
(4)如何用实验方法判断阻力刚好被平衡呢？
(5)悬挂的重物的重力大小等于绳的拉力吗？
当钩码（或者沙桶）质量远小于小车质量时，绳子的拉力F近似等于砝码的重力mg。
用天平测出小车的质量。摆放好实验装置，平衡摩擦力。把细线系在小车上并绕过滑轮悬挂钩码，将车拉到打点计时器附近。先打开计时器电源，再释放小车，得到纸带，并记下钩码重量。改变钩码的重量，重复以上的步骤几次。控制钩码质量不变，改变小车质量，再测几组数据。设计表格，记录实验数据。
由于两小同时启动、同时停止,故运动时间相等(Ｖ０＝０；ｔ相同时)
让两小车的质量相同m1=m2，两托盘钩码的个数不同 (F1≠F2) 。
探究a与 F的关系时
让两托盘钩码的个数相同(F1=F2) 两小车的质量不同m1≠m2 。
弹簧测力计测量小车所受的拉力，砂桶的质量不需要远小于小车质量，更无需测砂桶的质量。
1.用传感器与计算机相连，直接得出小车的加速度。2.图像法处理数据时，用钩码的质量m代替合力F，即用a­m图像代替a­F图像
【例题1】 (1)用如图甲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(含砝码)质量m的关系,甲同学设计的实验步骤如下:
A.用天平称出小车和小桶及内部所装沙子的质量B.按图装好实验器材C.把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂小桶D.将电磁打点计时器接在电压为8 V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.保持小桶及其中沙子的质量不变,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甲同学漏掉的重要实验步骤是　　　　　　,该步骤应排在步骤　　　　之后。 ②在上述步骤中,有错误的是步骤　　　 ,应把　　　　　　　　　改为　 。 ③在上述步骤中,处理不恰当的是步骤　　　,应把　　　　　　　改为　　　　　　　。 
(2)乙同学根据实验要求安装的实验装置如图乙所示(图为已接通电源刚要释放纸带的情况),请改正乙同学的五个错误。①电源　 ; ②电磁打点计时器位置　 ; ③滑轮高度　 ; ④小车位置　 ; ⑤长木板　 。 
答案:(1)①平衡摩擦力　B　②D　电压为8 V的蓄电池　工作电压约为8 V的交变电源　③G　a-m图像　a- 图像(2)①应用工作电压约为8 V的交变电源　②应靠右端　③应使细绳平行于木板　④应靠近打点计时器　⑤应垫高右端以平衡摩擦力
解析:(1)实验中把小桶及其中沙子的重力之和看成与小车所受拉力大小相等,没有考虑摩擦力,故必须平衡摩擦力且应排在步骤B之后。电磁打点计时器接在蓄电池上将无法工作,必须接在工作电压约为8 V的交变电源上。作a-m关系图像,得到的是曲线,很难进行正确的判断,必须“化曲为直”,改作a- 关系图像。(2)电磁打点计时器应使用工作电压约为8 V的交变电源,且要固定在长木板无滑轮的一端,即应靠右端;释放小车时,小车应靠近打点计时器;连接小车的细绳应平行于木板,故应调节滑轮高度使细绳平行于木板;实验时应平衡摩擦力,使小车所受重力沿木板方向的分力与小车所受摩擦力平衡,故应垫高长木板右端以平衡摩擦力。 此题考查 F一定时,探究小车的加速度a与小车(含砝码)质量m的关系,意在考查实验操作、注意事项等实验探究能力。
【例题2】 在探究加速度与力、质量的关系的实验中,某次实验测得如下数据:m一定时,a与F的关系见表1;F一定时,a与 的关系见表2。表1
(1)在如图所示的相应坐标系中,根据表1、表2所给数据作出图像。
答案:(1)图像如图所示(2)a-m图像是曲线,难以找出规律;a- 图像是直线,容易找出规律。
【例题3】 图甲是用来探究加速度和力之间关系的实验装置示意图,图乙是其俯视图。两个相同的小车,放在带有定滑轮的木板上(事先通过调节木板与水平面间的夹角来抵消摩擦力的影响),前端各系一条细绳,绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘,盘里放有砝码。两个小车后端各系一条细线,细线后端用夹子固定,打开夹子,小盘和砝码牵引小车运动,合上夹子,两小车同时停止运动。
(1)用刻度尺测出两小车的位移,位移之比就等于它们的　　　　之比。 (2)为了探究加速度大小和力大小之间的关系,应保持两个　　　　(选填“小车”或“小盘和砝码”)的质量相等。 (3)为减小误差,应使小盘和砝码的总质量尽可能　 　(选填“小于”“等于”或“大于”)小车质量。 
解析:(1)根据初速度为零的匀变速直线运动位移时间关系x= at2,两小车运动时间相等,位移与加速度成正比。(2)根据控制变量法,要探究加速度和力之间的关系,需要小车的质量保持不变,即两小车质量相等。(3)实验中用小盘和砝码的重力作为小车受到的拉力。只有在小盘和盘中砝码的质量远远小于小车的质量时,绳对小车拉力的大小近似等于小盘和盘中砝码的重力。此题是采用控制变量法探究加速度和力之间关系的创新实验,逐步培养科学探究能力。