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2020/5/12,1,第四章牛頓運(yùn)動(dòng)定律,4.2實(shí)驗(yàn):探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系,動(dòng)力學(xué)的奠基者英國(guó)科學(xué)家牛頓(1643-1727),2020/5/12,2,牛頓第一定律：一切物體總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài),除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)。,,溫故知新:,牛頓第一定律：一切物體總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài),除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)。,2020/5/12,3,在如圖(a)、(b)中，被推物體的質(zhì)量相同；圖(c)、(d)中，人所施加的推力大小相同。,2020/5/12,4,2020/5/12,5,物體的加速度a與所受到的合外力F、物體質(zhì)量m有怎樣的定量關(guān)系？,提出問(wèn)題,,研究方法：保持m不變，研究a與F的關(guān)系;保持F不變，研究a與m的關(guān)系。,2020/5/12,6,2020/5/12,7,猜想與假設(shè),,,實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,思考：如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?,事實(shí)是不是這樣呢？,m一定，a∝F；F一定，a∝1/m。,,2020/5/12,8,明確幾個(gè)問(wèn)題:,2.如何由實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論?,1.怎么設(shè)計(jì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)?,,1.測(cè)量哪些量?,2.怎么測(cè)量?,數(shù)據(jù)處理：m不變時(shí)，a與F關(guān)系；F不變時(shí)，a與m關(guān)系。,,a、F、m,,,,m：,a:,F:,天平,求出物體所受的合力,,2020/5/12,9,如何測(cè)量加速度a:,1.直接測(cè)量,2.間接比較,,,構(gòu)建一勻變速直線運(yùn)動(dòng),,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,光電門,,對(duì)應(yīng)儀器,,,,,控制運(yùn)動(dòng)時(shí)間t相同,a與x成正比,用x比較a的大小,,,2020/5/12,10,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì):參考方案一:用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器探究,,,,小車:,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器:測(cè)量小車運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的加速度,,鉤碼:重力提供拉力,研究對(duì)象,可用天平稱其質(zhì)量,,,,,合力F=?,G,FN,F,f,,2020/5/12,11,平衡摩擦力：,鉤碼重力近似等于繩子拉力，用以表示小車受到的合外力F,,,,,,,,G,G1,FN,f,G1平衡摩擦力f。,,2020/5/12,12,實(shí)驗(yàn)步驟:,1.用天平測(cè)出小車的質(zhì)量。,2.安裝好實(shí)驗(yàn)裝置，在小車上裝好紙帶，紙帶另一端穿過(guò)計(jì)時(shí)器限位孔，調(diào)整木板傾斜程度，平衡摩擦力。,3.控制小車質(zhì)量不變，用細(xì)線將鉤碼與小車相連（鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量），打開(kāi)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，釋放小車，測(cè)出一組數(shù)據(jù)。,4.改變鉤碼質(zhì)量，多測(cè)幾組數(shù)據(jù)。,5.控制鉤碼質(zhì)量不變，改變小車質(zhì)量，再測(cè)幾組數(shù)據(jù)。,2020/5/12,13,演示實(shí)驗(yàn)：探究加速度a與力F的關(guān)系,Excel數(shù)據(jù)處理,數(shù)據(jù)采集與處理,2020/5/12,14,演示實(shí)驗(yàn)：探究加速度a與質(zhì)量m的關(guān)系,Excel數(shù)據(jù)處理,數(shù)據(jù)采集與處理,2020/5/12,15,實(shí)驗(yàn)結(jié)論：,m一定時(shí)，a∝F,F一定時(shí)，a∝1/m,2020/5/12,16,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)二：,設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn),設(shè)計(jì)方案,,,保持小車質(zhì)量不變,不變保持力,2020/5/12,17,光電門,,數(shù)字計(jì)時(shí)器,拓展探究,2020/5/12,18,,參考方案三:利用氣墊導(dǎo)軌來(lái)探究,,,2020/5/12,19,課堂小結(jié),本節(jié)課以實(shí)驗(yàn)為依據(jù)，采用控制變量法進(jìn)行研究，根據(jù)已掌握的物理知識(shí)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，探索物理規(guī)律是物理學(xué)研究的重要方法。,2020/5/12,20,1．關(guān)于“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)，下列說(shuō)法中符合實(shí)際的是()A．通過(guò)同時(shí)改變小車的質(zhì)量m及受到的拉力F的研究，能歸納出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系B．通過(guò)保持小車質(zhì)量不變，只改變小車的拉力的研究，就可以歸納出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系C．通過(guò)保持小車受力不變，只改變小車質(zhì)量的研究，就可以得出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系D．先不改變小車質(zhì)量，研究加速度與力的關(guān)系；再不改變受力，研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系，最后歸納出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系,課堂練習(xí),√,2020/5/12,21,2、在做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，某學(xué)生將實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示安裝，準(zhǔn)備接通電源后開(kāi)始做實(shí)驗(yàn)，但他的裝置圖中有兩個(gè)明顯的錯(cuò)誤，請(qǐng)你指出來(lái)：,（1）,,（2）,,沒(méi)有平衡摩擦力,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)使用低壓交流電源,2020/5/12,22,3．某同學(xué)在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，測(cè)得小車的加速度a和拉力F的數(shù)據(jù)如下表所示：,(1)根據(jù)表中的數(shù)據(jù)在圖實(shí)－4－9所示的坐標(biāo)中作出a－F圖象；,(2)圖象的斜率的物理意義是_________________；(3)圖象(或延長(zhǎng)線)與F軸的截距的物理意義是___________；(4)小車和砝碼的總質(zhì)量為_(kāi)_______kg.,2020/5/12,23,解析：(1)選取適當(dāng)?shù)臉?biāo)度，作出a－F圖象如圖所示．,(2)由F＝Ma得a＝F/M，可見(jiàn)圖象的斜率為小車和砝碼的總質(zhì)量的倒數(shù)．(3)圖象與F軸的截距表示加速度恰好為零時(shí)的拉力，也即是小車受到的阻力，大小為0.1N.(4)由圖可知圖線斜率k＝1(kg－1)，由k＝1/M可得：M＝1kg.,2020/5/12,24,【例2】某同學(xué)利用小盤和砝碼牽引小車的方法，驗(yàn)證質(zhì)量一定時(shí)加速度a和合外力Ｆ的關(guān)系，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出了如圖4-2-6甲、乙所示的a-F圖象，產(chǎn)生甲圖象不過(guò)原點(diǎn)的原因是_________________；產(chǎn)生乙圖象不過(guò)原點(diǎn)且彎曲的原因是____________________________________。,【解析】圖甲中，Ｆ＝０，a≠0，說(shuō)明小車重力沿木板的分力大于摩擦力，原因是木板墊得過(guò)高。圖乙中，a=0，F(xiàn)≠0，說(shuō)明小車重力沿木板的分力小于摩擦力，木板傾角過(guò)?。划?dāng)Ｆ較大時(shí)，即小盤和砝碼的質(zhì)量較大時(shí)，小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于小盤和砝碼的質(zhì)量這一條件得不到滿足，因此圖線成曲線。,圖4-2-6,2020/5/12,25,1.請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一探究加速度與力和質(zhì)量關(guān)系的實(shí)驗(yàn)？,探究過(guò)程（1）用天平測(cè)出小車和小盤（包括其中砝碼）的質(zhì)量分別為M0、m0，并把數(shù)值記錄下來(lái)。（2）按圖所示將實(shí)驗(yàn)器材安裝好（小車上不系繩）。（3）把木板無(wú)滑輪的一端下面墊一薄木板，平衡摩擦力。（4）將重物通過(guò)細(xì)繩系在小車上，接通電源放開(kāi)小車，用紙帶記錄小車的運(yùn)動(dòng)情況；取下紙帶并在紙帶上標(biāo)上號(hào)碼及此時(shí)所掛重物的重力m0g。(5)保持小車的質(zhì)量不變，改變小盤（包括其中砝碼）的質(zhì)量重復(fù)步驟（4）多做幾次實(shí)驗(yàn)，且每次小車從同一位置釋放。（6）保持小車所受的合外力不變，在小車上加砝碼，并測(cè)出小車和放上砝碼后的總質(zhì)量M1，接通電源放開(kāi)小車，用紙帶記錄小車的運(yùn)動(dòng)情況，取下紙帶并在紙帶上標(biāo)上號(hào)碼。（7）繼續(xù)在小車上加放砝碼，重復(fù)步驟（6）多做幾次實(shí)驗(yàn)，在每次得到的紙帶上標(biāo)上號(hào)碼。（8）分別用Δx=aT2或a=2x/t2等方法求得加速度a，將得到的數(shù)據(jù)填入a和F或a和1/m的表格中，利用以上數(shù)據(jù)分別作出a-F關(guān)系圖象、a-1/m關(guān)系圖象以找出a與F、a與1/m的關(guān)系。,2020/5/12,26,2.如何利用逐差法處理紙帶？,逐差法是處理紙帶類問(wèn)題的基本方法，下面我們就介紹逐差法的推導(dǎo)及其應(yīng)用時(shí)的注意事項(xiàng)。如圖所示，則有x4-x1=(x4-x3)+(x3-x2)+(x2-x1)=3aT2①x5-x2=(x5-x4)+(x4-x3)+(x3-x2)=3aT2②x6-x3=(x6-x5)+(x5-x4)+(x4-x3)=3aT2③①+②+③得a=[(x4+x5+x6)-(x1+x2+x3)]/(3T)2④應(yīng)用④式解題時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：（1）xn為相鄰的相等時(shí)間T內(nèi)的位移，而不是如圖所示的xn（2）弄清T值。多數(shù)情況下T值為0.1s，但也有T值為0.02、0.04s等情況。（3）統(tǒng)一單位。xn的單位多為cm，計(jì)算時(shí)一般要轉(zhuǎn)換為m。（4）當(dāng)有4組值時(shí)，求解的表達(dá)式為a=[(x3+x4)-(x1+x2)]/(2T)2。,2020/5/12,27,祝同學(xué)們?cè)趯W(xué)習(xí)上取得更大進(jìn)步！,退出,,2020/5/12,28,(廣西河池市2014～2015學(xué)年高一上學(xué)期期末)在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)使用了如圖所示的裝置，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)頻率為50Hz。,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析與處理,,2020/5/12,29,(1)該同學(xué)得到一條紙帶，在紙帶上取連續(xù)的六個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)，如圖所示，相鄰兩點(diǎn)間的距離分別為10.0mm、12.0mm、14.0mm、16.0mm、18.0mm，則打E點(diǎn)時(shí)小車的速度為_(kāi)____m/s，打A、F兩點(diǎn)的過(guò)程中小車的平均速度為_(kāi)_____m/s，小車的加速度為_(kāi)___m/s2。,,2020/5/12,30,2020/5/12,31,2020/5/12,32,(3)①由圖象可知，當(dāng)拉力為0時(shí)小車的加速度大于0，故直線不過(guò)原點(diǎn)的原因是平衡摩擦阻力時(shí)角度過(guò)大；②要使繩子所掛沙和沙桶的重力的大小作為細(xì)繩對(duì)小車的拉力的大小，必須使m?M，否則將會(huì)出現(xiàn)較大誤差，當(dāng)沙和沙桶的質(zhì)量過(guò)大時(shí)，沙和沙桶的重力與繩的拉力有較大的差異，從而產(chǎn)生很大的誤差。,