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高中物理人教版 (2019)必修 第一册2 实验：探究加速度与力、质量的关系多媒体教学ppt课件
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这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第一册2 实验：探究加速度与力、质量的关系多媒体教学ppt课件，文件包含高一物理人教版2019必修第一册42《实验探究加速度与力质量的关系》课件pptx、高一物理人教版2019必修第一册42《实验探究加速度与力质量的关系》教案docx、平衡摩擦力mp4等3份课件配套教学资源，其中PPT共34页， 欢迎下载使用。
1.学会控制变量法研究加速度、力和质量。2.掌握物体运动的a-F、a-1/m图像。3.通过图像处理实验数据，体验减少系统误差的操作方法。4.科学思维：如何提出实验方案，使用控制变量法让实验方案合理可行，学会“化曲为直”法研究变量间的关系。
思考：物体的加速度a和什么有关？
例如：空载汽车从静止加速到100 km/h，只需十几秒的时间，而满载的货车加速就慢的多。
例如：竞赛用的小汽车，质量不很大，却安装着强大的发动机，可以获得很大的加速度。
“a”与“F”、“m” 二个物理量均有关系，应该从何处入手呢？
实验原理：1、加速度与力的关系： 保持小车质量不变，通过改变槽码的个数改变小车所受的拉力。2、加速度与质量的关系：保持小车所受的拉力不变，增加重物改变小车的质量。
小车在槽码的牵引下运动，小车所受的拉力可认为与槽码的重力相等。
小车质量不变，通过改变槽码的个数以改变小车所受的拉力。
槽码的个数不变，通过在小车上增加重物改变小车的质量。
打点计时器、纸带、刻度尺
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。
小车所受的合力可认为等于槽码所受的重力。
三、用阻力补偿法探究加速度与力、质量的关系
①测质量②安装仪器③平衡摩擦力④测量a、F⑤改变m或F，再次进行实验
探究物体a与F、m的关系
5、进行实验：质量一定，探究a与F的关系
质量一定，探究a与F的关系
在质量一定时，物体加速度的大小跟它受到的拉力成正比。
6、进行实验：拉力F一定，探究a与小车质量m的关系
五、数据分析与处理----a与m的关系
在拉力一定时，物体的加速度大小跟它的质量成反比。
拉力F一定，探究a与小车质量m的关系
“化曲为直”的方法:a与m不成正比关系，怎么研究？以a为纵坐标，以1/M 为横坐标，作出 a--1/M 图像，若图像是一条直线，说明a与 1/M 成正比，即a与m成反比.
①小车靠近打点计时器，先接通电源后释放小车②保证小车质量远大于砝码及发吗盘的质量③整个实验只需要平衡一次摩擦力④平衡摩擦力时，不需要悬挂砝码
若平衡摩擦力时，斜面倾角过大，a与F图像是什么情况？
若平衡摩擦力时，斜面倾角过小，a与F图像是什么情况？
1. 为了探究加速度与力的关系，使用如图所示的气垫导轨装置进行实验。其中G1、G2为两个光电门，它们与数字计时器相连，当滑行器通过G1、G2光电门时，光束被遮挡的时间Δt1、Δt2都可以被测量并记录，滑行器同上面固定的一条形挡光片的总质量为M，挡光片宽度为D，两光电门间距离为x，牵引砝码的质量为m。回答下列问题：
（1）实验开始应先调节气垫导轨下面的螺钉，使气垫导轨水平，在不增加其他仪器的情况下，如何判定调节是否到位？答：_____________________。 （2）若取M＝0.4 kg，改变m的值，进行多次实验，以下m的取值不合适的一个是________。 A．m＝5 g B．m＝15 g C．m＝40 g D．m＝400 g （3）在此实验中，需要测得每一个牵引力对应的加速度，写出该加速度的表达式：____________。（用Δt1、Δt2、D、x表示）
【详解】（1）如果气垫导轨水平则不挂砝码时，滑行器M能在任意位置停留，或推动滑行器M后，能使滑行器M做匀速运动。（2）该实验要求牵引砝码的质量远小于滑行器同上面挡光片的总质量，因D.m＝400 g与滑行器总质量一样大，所以D错误。（3）挡光片经光电门G1时速度为: ,经光电门G2时速度为: 根据： 可得：
2．用如图所示的装置探究加速度a与力F、质量M的关系，下列说法中正确的是（ ）A. 牵引小车的轻绳应和长木板保持平行B. 将电火花计时器接在8V的交流电源上，先接通电源，后放开小车，计时器在纸带上打下一系列点，并在纸带上标明小车质量C. 在探究a与质量M的关系时，作出图像能更直观地判断二者间的关系D. 轻绳对小车的拉力一定等于砂和砂桶的总重力
AC 【详解】A．牵引小车的轻绳只有与长木板保持平行，才能使轻绳对小车的拉力等于小车所受的合力，A正确； B．电火花计时器应接在220V交流电源上，B错误； C．在探究a和质量M的关系时， 图像为一曲线，不易判断a与M的关系，故可作图像，图像为过原点的直线，能更直观地判断二者间的关系，C正确； D．只有小车的质量远大于砂和砂桶的总质量，才可认为轻绳对小车的拉力等于砂和砂桶的总重力，D错误。 故选AC。
3．如图是某些同学根据实验数据画出的图像，下列说法中正确的是（ ）A. 形成图甲的原因是补偿阻力时长木板倾角过大B. 形成图乙的原因是补偿阻力时长木板倾角过小C. 形成图丙的原因是所挂槽码质量远小于小车质量D. 形成图丁的原因是所挂槽码质量与小车质量相当
AD【详解】A．图甲aF图像中，当F=0时，加速度a≠0，说明F=0时，小车受到的合力已不等于零，即补偿阻力时长木板倾角过大，使小车重力沿斜面向下的分力大于阻力，A正确；B．图乙 时，m趋于无穷大，在有限的力F下有不为0的加速度，说明重力沿斜面向下的分力大于阻力，即补偿阻力时长木板倾角过大，B错误；CD．图丙、丁中图线弯曲的原因均是不满足所挂槽码质量远小于小车质量，槽码重力不近似等于小车所受合力， C错误D正确。故选AD。
4. (1)在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，某同学组装了如图甲所示的装置。①图示实验装置中除未补偿阻力外，还有一处错误是_____________。②关于补偿阻力的操作过程，下列说法正确的是_________。（填字母代号）A．应将长木板的右端适当垫高B．应将重物通过细绳与小车相连C．应将纸带穿过打点计时器并与小车相连D．如果小车能在长木板上保持静止，就表明阻力已经得到补偿(2)图乙为某次实验所得的纸带，打点计时器打点的时间间隔为0.02s，E点在刻度尺上的读数为_____cm，可求出小车的加速度为_____m/s2。
【答案】(1)拉小车的细绳没有与长木板平行；AC；(2)3.80； 0.20【详解】(1)实验要求拉力平行于长木板，题图中拉小车的细绳没有与长木板平行。补偿阻力正确的操作：纸带穿过打点计时器并与小车相连，将长木板的右端适当垫高，轻推小车，如果纸带上的点迹均匀分布，说明小车做匀速直线运动，代表阻力已经得到补偿。故选AC。(2)读数为3.80cm。由题图中数据可知AB=0.60cm，BC=0.80cm，CD=1.10cm，DE=1.30cm，EF=1.50cm，FG=1.70cm，GH=1.90cm，HI=2.10cm，可知AC间的点误差较大，取CI段计算，根据逐差法可得小车的加速度
5．利用如图所示的装置探究加速度与力、质量的关系，下列说法正确的是（ ） A. 保持小车所受拉力不变，只改变小车的质量，就可以探究加速度与力、质量的关系 B. 保持小车质量不变，只改变小车的拉力，就可以探究加速度与力、质量的关系 C. 先保持小车所受拉力不变，探究加速度与力的关系；再保持小车质量不变，探究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度与力、质量的关系 D. 先保持小车质量不变，探究加速度与力的关系；再保持小车所受拉力不变，探究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度与力、质量的关系
D【详解】A. 保持小车所受拉力不变，只改变小车的质量，只能探究加速度与质量的关系，故A错误；B. 保持小车质量不变，只改变小车的拉力，只能探究加速度与力的关系，故B错误；CD. 先保持小车质量不变，探究加速度与力的关系；再保持小车所受拉力不变，探究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度与力、质量的关系，这是利用控制变量法研究加速度与力和质量的关系，故C错误，D正确。故选D。
探究小车的加速度a与合力F、小车质量m之间的关系：
控制变量法，逐差法求加速度Δx = aT2
方便求合力的处理方法：平衡摩擦力，m << M化曲为直的数据处理方法
结论：M一定时
1. 用如图所示的装置探究在拉力F一定时，小车的加速度a与小车（含砝码）质量m的关系，某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．按图安装好实验器材C．把轻绳系在小车上并绕过定滑轮连接在小桶上D．将电磁打点计时器接在8V电压的蓄电池上，启动计时器，放开小车，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．保持小桶及桶内沙子的质量不变，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．作图像，并由图像确定a与m的关系（1）该同学漏掉的一个重要实验步骤是________，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.某同学设计了如图所示的装置来探究加速度与力的关系。弹簧测力计固定在一合适的木板上，桌面的右边缘固定一支表面光滑的铅笔以代替定滑轮，细绳的两端分别与弹簧测力计的挂钩和矿泉水瓶连接。在桌面上画出两条平行线MN、PQ，并测出间距d。开始时将木板右端置于MN处，现缓慢向瓶中加水，直到木板刚刚开始运动为止，记下弹簧测力计的示数F0，以此表示滑动摩擦力的大小。再将木板放回原处并按住，继续向瓶中加水后，记下弹簧测力计的示数F1，然后释放木板，并用秒表记下木板运动到PQ处的时间t。(1)木板的加速度可以用d、t表示为a=_____；为了减小测量加速度的偶然误差，可以采用的方法是（一种即可）_____。(2)用加水的办法改变拉力的大小与挂钩码的方法相比，它的优点是_____。A．可以改变滑动摩擦力的大小B．可以更方便地获取多组实验数据C．可以比较精确地测出滑动摩擦力的大小D．可以获得更大的加速度以提高实验精度
1.学会控制变量法研究加速度、力和质量。2.掌握物体运动的a-F、a-1/m图像。3.通过图像处理实验数据，体验减少系统误差的操作方法。4.科学思维：如何提出实验方案，使用控制变量法让实验方案合理可行，学会“化曲为直”法研究变量间的关系。
思考：物体的加速度a和什么有关？
例如：空载汽车从静止加速到100 km/h，只需十几秒的时间，而满载的货车加速就慢的多。
例如：竞赛用的小汽车，质量不很大，却安装着强大的发动机，可以获得很大的加速度。
“a”与“F”、“m” 二个物理量均有关系，应该从何处入手呢？
实验原理：1、加速度与力的关系： 保持小车质量不变，通过改变槽码的个数改变小车所受的拉力。2、加速度与质量的关系：保持小车所受的拉力不变，增加重物改变小车的质量。
小车在槽码的牵引下运动，小车所受的拉力可认为与槽码的重力相等。
小车质量不变，通过改变槽码的个数以改变小车所受的拉力。
槽码的个数不变，通过在小车上增加重物改变小车的质量。
打点计时器、纸带、刻度尺
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。
小车所受的合力可认为等于槽码所受的重力。
三、用阻力补偿法探究加速度与力、质量的关系
①测质量②安装仪器③平衡摩擦力④测量a、F⑤改变m或F，再次进行实验
探究物体a与F、m的关系
5、进行实验：质量一定，探究a与F的关系
质量一定，探究a与F的关系
在质量一定时，物体加速度的大小跟它受到的拉力成正比。
6、进行实验：拉力F一定，探究a与小车质量m的关系
五、数据分析与处理----a与m的关系
在拉力一定时，物体的加速度大小跟它的质量成反比。
拉力F一定，探究a与小车质量m的关系
“化曲为直”的方法:a与m不成正比关系，怎么研究？以a为纵坐标，以1/M 为横坐标，作出 a--1/M 图像，若图像是一条直线，说明a与 1/M 成正比，即a与m成反比.
①小车靠近打点计时器，先接通电源后释放小车②保证小车质量远大于砝码及发吗盘的质量③整个实验只需要平衡一次摩擦力④平衡摩擦力时，不需要悬挂砝码
若平衡摩擦力时，斜面倾角过大，a与F图像是什么情况？
若平衡摩擦力时，斜面倾角过小，a与F图像是什么情况？
1. 为了探究加速度与力的关系，使用如图所示的气垫导轨装置进行实验。其中G1、G2为两个光电门，它们与数字计时器相连，当滑行器通过G1、G2光电门时，光束被遮挡的时间Δt1、Δt2都可以被测量并记录，滑行器同上面固定的一条形挡光片的总质量为M，挡光片宽度为D，两光电门间距离为x，牵引砝码的质量为m。回答下列问题：
（1）实验开始应先调节气垫导轨下面的螺钉，使气垫导轨水平，在不增加其他仪器的情况下，如何判定调节是否到位？答：_____________________。 （2）若取M＝0.4 kg，改变m的值，进行多次实验，以下m的取值不合适的一个是________。 A．m＝5 g B．m＝15 g C．m＝40 g D．m＝400 g （3）在此实验中，需要测得每一个牵引力对应的加速度，写出该加速度的表达式：____________。（用Δt1、Δt2、D、x表示）
【详解】（1）如果气垫导轨水平则不挂砝码时，滑行器M能在任意位置停留，或推动滑行器M后，能使滑行器M做匀速运动。（2）该实验要求牵引砝码的质量远小于滑行器同上面挡光片的总质量，因D.m＝400 g与滑行器总质量一样大，所以D错误。（3）挡光片经光电门G1时速度为: ,经光电门G2时速度为: 根据： 可得：
2．用如图所示的装置探究加速度a与力F、质量M的关系，下列说法中正确的是（ ）A. 牵引小车的轻绳应和长木板保持平行B. 将电火花计时器接在8V的交流电源上，先接通电源，后放开小车，计时器在纸带上打下一系列点，并在纸带上标明小车质量C. 在探究a与质量M的关系时，作出图像能更直观地判断二者间的关系D. 轻绳对小车的拉力一定等于砂和砂桶的总重力
AC 【详解】A．牵引小车的轻绳只有与长木板保持平行，才能使轻绳对小车的拉力等于小车所受的合力，A正确； B．电火花计时器应接在220V交流电源上，B错误； C．在探究a和质量M的关系时， 图像为一曲线，不易判断a与M的关系，故可作图像，图像为过原点的直线，能更直观地判断二者间的关系，C正确； D．只有小车的质量远大于砂和砂桶的总质量，才可认为轻绳对小车的拉力等于砂和砂桶的总重力，D错误。 故选AC。
3．如图是某些同学根据实验数据画出的图像，下列说法中正确的是（ ）A. 形成图甲的原因是补偿阻力时长木板倾角过大B. 形成图乙的原因是补偿阻力时长木板倾角过小C. 形成图丙的原因是所挂槽码质量远小于小车质量D. 形成图丁的原因是所挂槽码质量与小车质量相当
AD【详解】A．图甲aF图像中，当F=0时，加速度a≠0，说明F=0时，小车受到的合力已不等于零，即补偿阻力时长木板倾角过大，使小车重力沿斜面向下的分力大于阻力，A正确；B．图乙 时，m趋于无穷大，在有限的力F下有不为0的加速度，说明重力沿斜面向下的分力大于阻力，即补偿阻力时长木板倾角过大，B错误；CD．图丙、丁中图线弯曲的原因均是不满足所挂槽码质量远小于小车质量，槽码重力不近似等于小车所受合力， C错误D正确。故选AD。
4. (1)在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，某同学组装了如图甲所示的装置。①图示实验装置中除未补偿阻力外，还有一处错误是_____________。②关于补偿阻力的操作过程，下列说法正确的是_________。（填字母代号）A．应将长木板的右端适当垫高B．应将重物通过细绳与小车相连C．应将纸带穿过打点计时器并与小车相连D．如果小车能在长木板上保持静止，就表明阻力已经得到补偿(2)图乙为某次实验所得的纸带，打点计时器打点的时间间隔为0.02s，E点在刻度尺上的读数为_____cm，可求出小车的加速度为_____m/s2。
【答案】(1)拉小车的细绳没有与长木板平行；AC；(2)3.80； 0.20【详解】(1)实验要求拉力平行于长木板，题图中拉小车的细绳没有与长木板平行。补偿阻力正确的操作：纸带穿过打点计时器并与小车相连，将长木板的右端适当垫高，轻推小车，如果纸带上的点迹均匀分布，说明小车做匀速直线运动，代表阻力已经得到补偿。故选AC。(2)读数为3.80cm。由题图中数据可知AB=0.60cm，BC=0.80cm，CD=1.10cm，DE=1.30cm，EF=1.50cm，FG=1.70cm，GH=1.90cm，HI=2.10cm，可知AC间的点误差较大，取CI段计算，根据逐差法可得小车的加速度
5．利用如图所示的装置探究加速度与力、质量的关系，下列说法正确的是（ ） A. 保持小车所受拉力不变，只改变小车的质量，就可以探究加速度与力、质量的关系 B. 保持小车质量不变，只改变小车的拉力，就可以探究加速度与力、质量的关系 C. 先保持小车所受拉力不变，探究加速度与力的关系；再保持小车质量不变，探究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度与力、质量的关系 D. 先保持小车质量不变，探究加速度与力的关系；再保持小车所受拉力不变，探究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度与力、质量的关系
D【详解】A. 保持小车所受拉力不变，只改变小车的质量，只能探究加速度与质量的关系，故A错误；B. 保持小车质量不变，只改变小车的拉力，只能探究加速度与力的关系，故B错误；CD. 先保持小车质量不变，探究加速度与力的关系；再保持小车所受拉力不变，探究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度与力、质量的关系，这是利用控制变量法研究加速度与力和质量的关系，故C错误，D正确。故选D。
探究小车的加速度a与合力F、小车质量m之间的关系：
控制变量法，逐差法求加速度Δx = aT2
方便求合力的处理方法：平衡摩擦力，m << M化曲为直的数据处理方法
结论：M一定时
1. 用如图所示的装置探究在拉力F一定时，小车的加速度a与小车（含砝码）质量m的关系，某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．按图安装好实验器材C．把轻绳系在小车上并绕过定滑轮连接在小桶上D．将电磁打点计时器接在8V电压的蓄电池上，启动计时器，放开小车，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．保持小桶及桶内沙子的质量不变，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．作图像，并由图像确定a与m的关系（1）该同学漏掉的一个重要实验步骤是________，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.某同学设计了如图所示的装置来探究加速度与力的关系。弹簧测力计固定在一合适的木板上，桌面的右边缘固定一支表面光滑的铅笔以代替定滑轮，细绳的两端分别与弹簧测力计的挂钩和矿泉水瓶连接。在桌面上画出两条平行线MN、PQ，并测出间距d。开始时将木板右端置于MN处，现缓慢向瓶中加水，直到木板刚刚开始运动为止，记下弹簧测力计的示数F0，以此表示滑动摩擦力的大小。再将木板放回原处并按住，继续向瓶中加水后，记下弹簧测力计的示数F1，然后释放木板，并用秒表记下木板运动到PQ处的时间t。(1)木板的加速度可以用d、t表示为a=_____；为了减小测量加速度的偶然误差，可以采用的方法是（一种即可）_____。(2)用加水的办法改变拉力的大小与挂钩码的方法相比，它的优点是_____。A．可以改变滑动摩擦力的大小B．可以更方便地获取多组实验数据C．可以比较精确地测出滑动摩擦力的大小D．可以获得更大的加速度以提高实验精度
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