2018-2019高中物理 第四章 力與運動 第二節(jié) 影響加速度的因素 第三節(jié) 探究加速度與力、質(zhì)量的定量關(guān)系課件 粵教版必修1.ppt
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1、第二節(jié)影響加速度的因素 第三節(jié)探究加速度與力、質(zhì)量的定量關(guān)系,第四章力與運動,學(xué)習(xí)目標(biāo) 1.學(xué)會用控制變量法研究物理規(guī)律. 2.掌握定量探究加速度與物體受到的合外力、物體質(zhì)量關(guān)系的方法. 3.了解氣墊導(dǎo)軌減小摩擦的原理和光電門及數(shù)字計時器在實驗中的作用. 4.能作出物體運動的aF、a 圖象,并會利用圖象發(fā)現(xiàn)實驗規(guī)律.,內(nèi)容索引,,技能儲備 明確原理 提煉方法,題型演練 學(xué)以致用 實訓(xùn)演練,達(dá)標(biāo)檢測 檢測評價 達(dá)標(biāo)過關(guān),技能儲備,一、影響加速度的因素 1.物體所獲得的加速度與物體的 和物體的 都有關(guān)系. 2.加速度的測量:加速度不是一個可以直接測量的量,可通過時間、 等能直
2、接測量的量去間接地測量加速度.例如,由靜止開始做勻變速直線運動的物體,可通過測量時間、位移,由位移s 間接測 量加速度a .,受力情況,質(zhì)量,位移,3.定性探究影響加速度的因素 (1)實驗器材 帶有刻度尺的光滑斜面、一輛四輪小車、秒表、彈簧測力計、砝碼. (2)實驗基本思想 法. (3)實驗過程 加速度與物體所受合力的關(guān)系(保持車的質(zhì)量不變),控制變量,實驗設(shè)計: 如圖1所示,將小車從斜面上由靜止釋放; 記下小車的運動時間t; 從斜面的刻度尺上讀出小車的位移s; 由a 可求出小車的加速度; 改變斜面與水平面的夾角,可以改變小車受到的合外力大小,重復(fù)上面的實驗步驟.,圖1,實驗結(jié)論
3、: 當(dāng)物體的質(zhì)量保持不變時,物體受到的合外力逐漸增大,其加速度將逐漸 ;反之,物體受到的合外力逐漸減小,其加速度也逐漸 .加速度的方向與合外力的方向相同. 加速度與物體質(zhì)量的關(guān)系(保持小車所受合力不變),增大,減小,實驗設(shè)計: 把小車放在斜面上,用彈簧測力計沿斜面向上拉小車,使小車保持靜止?fàn)顟B(tài),記下彈簧測力計的示數(shù). 撤去彈簧測力計,將小車從斜面上由靜止釋放,用秒表記錄小車的運動時間t并讀出小車的位移s,由a 可求出小車的加速度. 在小車上 ,重復(fù)、.重復(fù)步驟時,應(yīng)調(diào)整斜面傾角保持彈簧測力計示數(shù)不變. 實驗結(jié)論: 當(dāng)物體受到的合外力不變時,物體的質(zhì)量增大,其加速度減小;反之,物體
4、的質(zhì)量減小,其加速度 .,增加砝碼,增大,二、探究加速度與力、質(zhì)量的定量關(guān)系 1.實驗器材 氣墊導(dǎo)軌、滑塊(包括擋光片)、橡皮泥、光電門、數(shù)字計時器、砝碼、天平. 2.實驗原理 (1)實驗的基本思想控制變量法 保持滑塊的質(zhì)量不變,改變 探究a與 的關(guān)系. 保持滑塊所受的合外力不變,改變其 探究a與 的關(guān)系. (2)三個物理量 滑塊的質(zhì)量、滑塊所受的拉力、滑塊的加速度.,合外力,F,m,質(zhì)量,3.實驗過程 (1)實驗裝置如圖2所示,讓滑塊在砝碼拉力的作用下做加速運動,記錄下滑塊通過光電門的速度、砝碼的質(zhì)量、兩光電門間的距離.,圖2,(2)保持滑塊質(zhì)量不變,通過增加(或減少)砝碼
5、的數(shù)量來改變拉力的大小.重復(fù)實驗3次.,(3)將實驗結(jié)果填入表一,并計算每一次滑塊的加速度a. 表一 滑塊質(zhì)量M kg,(4)用縱坐標(biāo)表示加速度,橫坐標(biāo)表示作用力,根據(jù)實驗結(jié)果畫出滑塊運動的aF圖象,從而得出a與F的關(guān)系. (5)保持砝碼的質(zhì)量不變,即滑塊所受的拉力不變. 在滑塊上增加(或減少)橡皮泥來改變滑塊的質(zhì)量,重復(fù)進(jìn)行幾次實驗,記下實驗數(shù)據(jù).將實驗結(jié)果填入表二.,表二 拉力F N,(7)實驗結(jié)論:當(dāng)M一定時,a與F成正比;當(dāng)F一定時,a與M成反比. 4.注意事項 (1)使用氣墊導(dǎo)軌做實驗時注意:氣墊導(dǎo)軌是較精密的儀器,實驗中必須避免導(dǎo)軌受碰撞、摩擦而變形、損傷,沒有給氣墊導(dǎo)軌通氣
6、時,不準(zhǔn)在導(dǎo)軌上強(qiáng)行推動滑塊. (2)改變砝碼的數(shù)量時,要始終保證砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊的質(zhì)量.,題型演練,例1為了“探究加速度與力、質(zhì)量的定量關(guān)系”,使用如圖3所示的氣墊導(dǎo)軌裝置進(jìn)行實驗.其中G1、G2為兩個光電門,它們與數(shù)字計時器相連,當(dāng)滑行器通過光電門G1、G2時,光束被遮擋的時間t1、t2都可以被測量并記錄.滑行器連同上面固定的一條形擋光片的總質(zhì)量為M,擋光片寬度為D,光電門間距離為s,牽引砝碼的質(zhì)量為m.回答下列問題:,一、實驗原理,圖3,(1)實驗開始應(yīng)先調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌下面的螺釘,使氣墊導(dǎo)軌水平,在不增加其他儀器的情況下,如何判定調(diào)節(jié)是否到位?,答案,解析,答案見解析,解析取下牽引砝
7、碼,滑行器放在任意位置都不動,或取下牽引砝碼,輕推滑行器,數(shù)字計時器記錄每一個光電門的光束被遮擋的時間t都相等.,(2)若探究加速度與力的關(guān)系,應(yīng)保持 的質(zhì)量不變;若探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系,應(yīng)保持 的質(zhì)量不變.,答案,答案見解析,解析滑行器;牽引砝碼.,解析,(3)若取M0.4 kg,改變m的值,進(jìn)行多次實驗,以下m的取值不合適的一個是 . A.m15 gB.m215 g C.m340 g D.m4400 g 答案見解析 解析本實驗只有在滿足mM的條件下,才可以用牽引砝碼的重力近似等于對滑行器的拉力,所以D是不合適的.,答案,解析,(4)在此實驗中,需要測得每一個牽引力對應(yīng)的加速度,其中
8、求得的加速度a的表達(dá)式為: .(用t1、t2、D、s表示) 答案見解析,答案,解析,二、實驗數(shù)據(jù)處理,例2在“探究加速度與力、質(zhì)量的定量關(guān)系”實驗中,某次實驗測得如下數(shù)據(jù):當(dāng)m一定時,a與F的關(guān)系如表一所示;當(dāng)F一定時,a與 的關(guān)系如表二所示. 表一 表二,答案,(1)在如圖4所示的相應(yīng)坐標(biāo)系中,根據(jù)表一、表二所給數(shù)據(jù)作出圖象. 表一 表二,圖4,答案作出圖象如圖所示,(2)由圖象可以判定:當(dāng)m一定時,a與F成 ;當(dāng)F一定時,a與m成 .,正比,反比,答案am圖象是曲線,難以找出規(guī)律;a 圖象是直線,容易找出規(guī)律.
9、,答案,實驗數(shù)據(jù)的處理方法圖象法、“化曲為直”法 1.研究加速度a和力F的關(guān)系 以加速度a為縱坐標(biāo),力F為橫坐標(biāo),根據(jù)測量數(shù)據(jù)描點,然后作出圖象,如圖5所示,若圖象是一條通過原點的直線,就能說明a與F成正比.,圖5,2.研究加速度a與質(zhì)量m的關(guān)系 如圖6所示,因為am圖象是曲線,檢查am圖象是不是雙曲線,就能判斷它們之間是不是成反比關(guān)系,但檢查這條曲線是不是雙曲線,相當(dāng)困難.若a和m成反比,則a與 必成正比.我們采取“化曲為直”的方法,以a為縱坐標(biāo),以 為橫坐標(biāo),作出a 圖象,若a 圖象是一條過原點的直線,說明a與 成正比,即a與m成反比.,圖6,三、其他實驗方法的探究,1.“探究加速度與
10、力、質(zhì)量的定量關(guān)系”實驗設(shè)計考慮的一個重點是如何保持小車(或滑塊)的合外力不變及如何改變合外力大小.為此,需消除摩擦力的影響,氣墊導(dǎo)軌上滑塊受到的摩擦力可以忽略不計,合外力等于繩的拉力;而在不光滑的木板上運動的小車,則需要平衡摩擦力. 2.平衡摩擦力的方法:在長木板不帶滑輪的一端下面墊一木塊,反復(fù)移動木塊位置,直到輕推小車在斜面上運動時可保持勻速運動為止(紙帶上相鄰點間距相等). 3.在平衡摩擦力時,不要懸掛砝碼盤,但小車應(yīng)連著紙帶且接通電源;平衡摩擦力后,改變小車質(zhì)量后無須再重新平衡摩擦力.,例3某實驗小組利用圖7所示的裝置探究加速度與力、質(zhì)量的定量關(guān)系.,圖7,解析,(1)下列做法正確的是
11、 (填字母代號). A.調(diào)節(jié)滑輪的高度,使?fàn)恳緣K的細(xì)繩與長木板保持平行 B.在調(diào)節(jié)木板傾斜度平衡木塊受到的滑動摩擦力時,將裝有砝碼的砝碼 桶通過定滑輪拴在木塊上 C.實驗時,先放開木塊再接通打點計時器的電源 D.通過增減木塊上的砝碼改變質(zhì)量時,不需要重新調(diào)節(jié)木板傾斜度,答案,,,解析實驗中細(xì)繩要與長木板保持平行,A項正確; 平衡摩擦力時不能將裝有砝碼的砝碼桶通過細(xì)繩繞過滑輪拴在木塊上,B項錯誤; 實驗時應(yīng)先接通打點計時器的電源再放開木塊,C項錯誤; 平衡摩擦力后,改變木塊上的砝碼質(zhì)量后不需要再重新平衡摩擦力,D項正確.,(2)圖8是甲、乙兩同學(xué)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出的圖象.,圖8,形成圖線甲的
12、原因是 . 形成圖線乙的原因是 . 解析圖線甲中F0時,木塊就有了加速度,可見是長木板傾角過大.圖線乙中,有了拉力時,加速度仍為0,說明未平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠.,長木板傾角過大,未平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠,答案,解析,例4兩個小車并排放在光滑水平桌面上,小車前端系上細(xì)線,線的另一端跨過定滑輪各掛一個小盤,盤里分別放有不同質(zhì)量的砝碼(圖9甲).小車所受的水平拉力F的大小可以認(rèn)為等于砝碼(包括砝碼盤)所受的重力大小.小車后端也系有細(xì)線,用一只夾子夾住兩根細(xì)線(圖乙),控制兩輛小車同時開始運動和結(jié)束運動.,圖9,由于兩個小車初速度都是零,運動時間又相
13、同,因為s ,即sa, 所以只要測出兩小車位移s之比就等于測出了它們的加速度a之比.,實驗結(jié)果是:當(dāng)兩小車質(zhì)量相同時, ;當(dāng)拉力F相等時, .實驗中用砝碼(包括砝碼盤)所受的重力Gmg的大小作為小車所受拉力F的大小,這樣做會引起實驗誤差,為了減小這個誤差,G與小車所受重力Mg之間需要滿足的關(guān)系是: . 解析實驗過程中,當(dāng)兩小車質(zhì)量相同時,砝碼(包括砝碼盤)重力越大,相同時間內(nèi)位移越大,則加速度越大,進(jìn)行實驗時會發(fā)現(xiàn),加速度與所受拉力成正比;若砝碼重力不變,即拉力不變時,質(zhì)量越大的小車,相同時間內(nèi)位移越小,即加速度越小,進(jìn)行測量分析知,加速度與質(zhì)量成反比
14、.如果砝碼(包括砝碼盤)的重力G遠(yuǎn)小于小車的重力Mg時,G近似等于拉力F.,加速度與拉力成正比,加速度與質(zhì)量成反比,GMg,解析,答案,1.控制變量法:當(dāng)研究多個物理量的變化規(guī)律時,為了簡便,可設(shè)計保持其他物理量不變,只研究剩余兩個變化物理量的關(guān)系,這種方法叫做控制變量法.兩個相同的小車放在光滑水平面上,前端各系一條細(xì)繩,繩的另一端跨過定滑輪各掛一個小盤,盤中各放數(shù)目不等的砝碼,就可以驗證質(zhì)量一定的條件下,加速度與力的關(guān)系.,2.對比實驗法:對比實驗法在物理實驗中經(jīng)常用到. 兩小車后端各系一條細(xì)繩,一起被一個夾子夾著而使小車靜止(如圖10所示).打開夾子,兩小車同時開始運動,關(guān)上夾子,兩小車同
15、時停下來.用刻度尺測出兩小車通過的位移,位移之比就等于它們的加速度之比.,圖10,達(dá)標(biāo)檢測,1.(實驗原理)如圖11所示為一氣墊導(dǎo)軌,導(dǎo)軌上安裝有一個光電門B,滑塊上固定一擋光片,滑塊用細(xì)線繞過氣墊導(dǎo)軌左端的定滑輪與力傳感器相連,力傳感器可測出繩子上的拉力大小.傳感器下方懸掛鉤碼,每次滑塊都從A處由靜止釋放.,1,2,3,(1)該同學(xué)用游標(biāo)卡尺測量擋光片的寬度d2.25 mm.,圖11,(2)實驗時,由數(shù)字計時器讀出擋光片通過光電門B的時間t1.0102 s,則滑塊經(jīng)過光電門B時的瞬時速度為 m/s.,解析實驗時,將滑塊從A位置由靜止釋放,由數(shù)字計時器讀出遮光條通過光電門B的時間t,滑塊經(jīng)
16、過光電門時的瞬時速度可近似認(rèn)為是滑塊經(jīng)過光電門的平均速度.即 0.225 m/s.,答案,解析,1,2,3,0.225,(3)若某同學(xué)用該實驗裝置探究加速度與力的關(guān)系, 要求出滑塊的加速度,還需要測量的物理量是______________________ (文字說明并用相應(yīng)的字母表示).,答案,解析,1,2,3,解析根據(jù)運動學(xué)公式a 得,若要得到滑塊的加速度,還需要測量的物理量是擋光片到光電門的距離s.,擋光片到光電門的距離s,下列不必要的一項實驗要求是 .(請?zhí)顚戇x項前對應(yīng)的字母) A.滑塊質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼和力傳感器的總質(zhì)量 B.應(yīng)使A位置與光電門間的距離適當(dāng)大些 C.應(yīng)將
17、氣墊導(dǎo)軌調(diào)節(jié)水平 D.應(yīng)使細(xì)線與氣墊導(dǎo)軌平行 解析拉力是直接通過力傳感器測量的,故與小車質(zhì)量和鉤碼質(zhì)量的大小關(guān)系無關(guān),故A錯誤; 應(yīng)使A位置與光電門間的距離適當(dāng)大些,有利于減小誤差,故B正確; 應(yīng)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)節(jié)水平,使拉力等于合力,故C正確; 要保持細(xì)線與氣墊導(dǎo)軌平行,拉力才等于合力,故D正確.,1,2,3,解析,答案,,2.(實驗的數(shù)據(jù)處理)“探究加速度與力、質(zhì)量的定量關(guān)系”的實驗裝置如圖12甲所示.,圖12,(1)在平衡小車與桌面之間摩擦力的過程中,打出了一條紙帶如圖乙所示.計時器打點的時間間隔為0.02 s,從比較清晰的點起,每5個點取一個計數(shù)點,測量并標(biāo)出相鄰計數(shù)點之間的距離.該小車的
18、加速度a m/s2.,0.16,解析由題意可知計數(shù)點間的時間間隔T5T00.1 s. 由題圖乙可知s0.16 cm1.6103 m,由saT2可得a0.16 m/s2.,1,2,3,解析,答案,1,2,3,(2)平衡摩擦力后,將5個相同的砝碼都放在小車上.掛上砝碼盤,然后每次從小車上取一個砝碼添加到砝碼盤中,測量小車的加速度.小車的加速度a與砝碼盤中砝碼總重力F的實驗數(shù)據(jù)如下表:,答案,1,2,3,解析,請根據(jù)實驗數(shù)據(jù)在圖13所示坐標(biāo)系中作出aF的關(guān)系圖象.,圖13,答案見解析圖,解析aF圖線如圖所示.,答案,1,2,3,解析,(3)根據(jù)提供的實驗數(shù)據(jù)作出的aF圖線不通過原點,請說明主要原
19、因. 答案計算F時忘記加入砝碼盤的重力 解析平衡小車與桌面之間的摩擦力后,aF圖象仍不通過原點,是由于在計算F時忘記加入砝碼盤的重力,使作出的圖象向左平移.,3.(實驗的誤差分析)(多選)甲、乙、丙、丁四位同學(xué)在做“探究加速度與力、質(zhì)量的定量關(guān)系”的實驗時(使用圖14所示的裝置),設(shè)小車和車上砝碼的總質(zhì)量為M,小盤及盤中砝碼的總質(zhì)量為m,分別得出如圖中甲、乙、丙、丁四個圖象,其中甲、乙、丙是aF圖象,丁是a 圖象,則下列說法正確的是,1,2,3,圖14,1,2,3,解析,答案,A.甲和乙沒有把握好實驗條件M 遠(yuǎn)大于m B.丙和丁沒有把握好實驗條件M 遠(yuǎn)大于m C.甲中長木板的傾角太小,乙中 長木板的傾角太大 D.甲、乙、丙三位同學(xué)中,丙 同學(xué)較好地完成了平衡摩擦 力的操作,,,,1,2,3,解析圖象甲和乙都是直線,說明滿足小車和車上砝碼的總質(zhì)量M遠(yuǎn)大于小盤及盤中砝碼的總質(zhì)量m,而丙和丁沒有把握好此條件.故圖線出現(xiàn)彎曲,A錯誤,B正確; 甲、乙、丙中只有丙圖經(jīng)過原點,說明只有丙較好地完成了平衡摩擦力的操作,D正確; 圖象甲中圖線在橫軸上有截距,即F為某一值時才開始有加速度,說明長木板傾角太小,沒有很好地平衡摩擦力,而圖象乙中圖線在縱軸上有截距,說明長木板傾角太大,平衡摩擦力過度,C正確.,
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