人教版 (2019)必修 第一册2 实验：探究加速度与力、质量的关系说课ppt课件

这是一份人教版 (2019)必修 第一册2 实验：探究加速度与力、质量的关系说课ppt课件，共57页。PPT课件主要包含了实验目的，实验器材，注意事项，答案ABCD，题型三实验变迁，m≪M，巩固基础，BCD，提升能力，未计入砝码盘的重力等内容，欢迎下载使用。
1．学会用控制变量法研究物理规律．2．验证牛顿第二定律．3．掌握利用图象处理数据的方法．二、实验原理探究加速度a与力F及质量m的关系时，应用的基本方法是控制变量法，即先控制一个参量——小车的质量m不变，讨论加速度a与力F的关系，再控制小盘和砝码的质量不变，即力F不变，改变小车质量m，讨论加速度a与m的关系．
打点计时器、纸带、复写纸、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平、刻度尺、砝码．四、实验步骤(一)测质量1．用天平测出小车和砝码的总质量M，小盘和砝码的总质量m，把测量结果记录下来．
(二)仪器安装及平衡摩擦力2．按下图把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细绳系在车上，即不给小车加牵引力．
3．平衡摩擦力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫一块木板．反复移动木板的位置，直至小车在斜面上运动时可以保持匀速直线运动状态．这时，小车拖着纸带运动时受到的摩擦阻力恰好与小车所受的重力在斜面方向上的分力平衡．(三)保持小车的质量不变4．把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂小盘，先接通电源再放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列的点，打完点后切断电源，取下纸带，在纸带上标上纸带号码．
5．保持小车和砝码的质量不变，在小盘里放入适量的砝码，把小盘和砝码的总质量m′记录下来，重复步骤4.在小盘内再放入适量砝码，记录下小盘和砝码的总质量m″，再重复步骤4.6．重复步骤5三次，得到三条纸带．7．在每条纸带上都选取一段比较理想的部分，标明计数点，测量各个计数点到O计数点间的距离，算出与每条纸带对应的小车加速度的值．8．用纵坐标表示加速度a，横坐标表示作用力F，作用力的大小F等于小盘和砝码的总重力，根据实验结果在坐标平面上画出相应的点，如果这些点是在一条过原点的直线上，便证明了加速度与作用力成正比．
(四)保持小盘和砝码的质量不变9．保持小盘和砝码的质量不变，在小车上加砝码，重复上面的实验，用纵坐标表示加速度a，横坐标表示小车和砝码总质量的倒数，根据实验结果在坐标平面上画出相应的点．如果这些点是在一条过原点的直线上，就证明了加速度与质量成反比．
1．平衡摩擦力：就是调出一个合适的斜面，使小车的重力沿着斜面方向的分力正好平衡小车受的摩擦阻力．在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细线系在小车上，即不要给小车加任何牵引力，并要让小车拖着打点的纸带运动．整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变小盘和砝码的总质量还是改变小车和砝码的总质量，都不需要重新平衡摩擦力．2．实验条件：每条纸带必须在满足小车与车上所加砝码的总质量远大于小盘和砝码的总质量的条件下打出．只有如此，小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力．
3．操作顺序：改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，再放开小车，且应在小车到达滑轮前按住小车．六、误差分析1．质量的测量误差，纸带上打点计时器打点间隔距离的测量误差，拉线或纸带不与木板平行等都会造成误差．
2．因实验原理不完善造成误差：本实验中用小盘和砝码的总重力代替小车受到的拉力(实际上小车受到的拉力要小于小盘和砝码的总重力)，存在系统误差．小盘和砝码的总质量越接近小车的质量，误差就越大；反之，小盘和砝码的总质量越小于小车的质量，误差就越小．3．平衡摩擦力不准造成误差：在平衡摩擦力时，除了不挂小盘外，其他的都跟正式实验一样(比如要挂好纸带、接通打点计时器)，匀速运动的标志是打点计时器打出的纸带上各点的距离相等．
题型一：对原理的理解和误差的分析【重、难点分析】该题型主要考查学生对原理的理解，只有正确理解了原理才能很好地对误差进行分析．该实验原理中关键是对小车合外力的确定，实验中认为小车受到的合外力即为小盘和砝码的总重力(F＝mg)，这是有一定条件的：①平衡摩擦力，②M≫m.这两个条件未满足就会造成一定误差．
例1 甲、乙、丙、丁四位同学做“验证牛顿第二定律”的实验，设小车质量和车上砝码质量之和为M，沙及沙桶的总质量为m，分别得出如图甲、乙、丙、丁四个图线，其中图甲、乙、丙是a－F图线，图丁是a－ 图线，则以下说法中正确的是(　)
A．甲和乙较好地把握了实验条件M≫mB．丙和丁没有把握好实验条件M≫m
C．甲同学长木板的倾角太小，而乙同学长木板倾角太大D．甲、乙、丙三同学中，丙同学较好地完成了平衡摩擦力的操作
【思路点拨】该题应思考题中图线为什么不过原点和弯曲，这就势必弄清图线与坐标轴的交点的含义，弄清满足什么条件图线才是直线．
【解析】图线为直线，表明M≫m；a－F图线与F交于原点右侧，表明摩擦力平衡不够；a－F图线与a交于原点上方，表明摩擦力平衡过度；a－F图线过原点，表明摩擦力平衡恰当.
题型二：对数据的处理和分析【重、难点分析】数据处理1. 把小车在不同力作用下产生的加速度填在下表中
由以上数据画出它的a－F关系图象如图所示. 通过a－F关系图象，我们可以得出小车的加速度a与力F成正比.
2．把不同质量的小车在相同力作用下产生的加速度填在下表中
由以上数据画出它的a－M图象及a－ 图象，如图甲、乙所示
通过a－M和a－ 关系图象，我们可以得出小车的加速度a与质量M成反比，与质量的倒数 成正比．
例2 探究光滑斜面上物体下滑的加速度与物体质量及斜面倾角有无关系，请得出定性结论．提供器材有：A．一光滑木板，长度为LB．小车，质量为MC．钩码若干个，每个质量为mD．长方体木块(垫木板用)E．米尺F．秒表
(1)实验过程：第一步：在斜面倾角不变时，探究加速度与质量的关系实验中，通过向小车中放入钩码来改变物体质量，只要测出小车由顶点滑至底端的时间t，就可以由公式L＝ at2求出a，则a＝________，某同学记录了数据如下表所示：
根据以上信息，在误差范围内，我们发现质量改变之后平均用时__________(填“改变”或“不改变”)，经过分析你得出加速度和质量________(填“有”或“没有”)关系．第二步：在物体质量不变时，探究加速度与倾角的关系实验中通过改变长方体木块与木板的相对位置来改变倾角，因为没有量角器，我们可以测量出木板顶端到水平面的高度h，那么倾角的正弦值sinα＝ .某同学记录下h和加速度a，如下表：
先在图中通过选定适当的坐标轴描点作图，后由图线可求出当地的重力加速度g＝____________，进一步分析可知光滑斜面上物体下滑的加速度与倾角的关系为_______________________________．
(2)本实验所采用的探究方法是______________．【思路点拨】利用实验数据找两个物理量间的关系时，可以对其关系进行猜测，然后看数据是否满足猜测．进行猜测时总是先从最简单的正比关系开始，不行再看其是否成反比，或一个量是否与另一个量的平方成正比．
【方法与知识感悟】作图象时，要使尽可能多的点分布在所作直线上，不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线两侧．作图时两轴标度比例要选择适当，各量须采用国际单位．这样作图线时，坐标点间距不至于过密，误差会减小．
例3 (1)图Ⅰ－1是探究加速度与力、质量关系的实验示意图．根据某次实验记录的数据，作出a－F图线如图Ⅰ－2所示，图线不经过原点的原因是________________；
(2)几位同学分析所得到的a－F图线不是一条直线的原因后，重新设计了一个实验如图Ⅰ－3所示，滑块M放在气垫导轨上，并在滑块上固定一个速度传感器，力传感器固定在另一水平台子上，分别与电脑相连，气垫导轨连上气泵并调成水平．多次改变钩码的质量m，由速度和力传感器可以得到多组不同的加速度a、力F的值．则下列说法中正确的是(　　)
A．由于空气阻力及绳子与滑轮间的摩擦很小，可以得出a∝F的结论，图线是倾斜的直线B．力传感器测得的力F＝mg/2，在实验时应确保钩码的质量m远小于滑块的质量MC．除空气阻力及绳子与滑轮间的摩擦力之外，动滑轮C的质量是实验最大的误差来源D．实验中测出加速度a的值不可能大于重力加速度g
【解析】(1)平衡摩擦时倾斜角太大．(2)A.若M 远大于m则加速不明显，且该实验直接测出拉力，m加速对实验的影响已被消除．滑轮c可以视为m的一部分，直接测拉力，消除了其加速的影响．M的加速度为m的两倍，所以M最大加速度趋近为2g.
【答案】(1)平衡摩擦时倾斜角太大　(2)A
【方法与知识感悟】该实验主要可从以下几方面进行变迁：(1)测加速度(打点计时器测加速度、用位移—时间公式测加速度、用光电门测加速度、用传感器测加速度等)；(2)减小摩擦力，可用气垫导轨；(3)如何提供合外力．
1．在探究物体的加速度a与物体所受外力F、物体质量M间的关系时，采用如图所示的实验装置．小车及车中的砝码质量用M表示，盘及盘中的砝码质量用m表示．(1)当M与m的大小关系满足 时，才可以认为绳子对小车的拉力大小等于盘和砝码的重力．
(3)另两组同学保持小车及车中的砝码质量M一定，探究加速度a与所受外力F的关系，由于他们操作不当，这两组同学得到的a－F关系图象分别如图甲和图乙所示，其原因分别是：图甲： ；图乙： ．
没有平衡摩擦力或木板的倾角过小
m过大(或M过小)，造成m不是远小于M
2．为了探究受到空气阻力时，物体运动速度随时间的变化规律，某同学采用了“加速度与物体质量、物体受力关系”的实验装置，如图所示．实验时，平衡小车与木板之间的摩擦力后，在小车上安装一薄板，以增大空气对小车运动的阻力．
(1)往砝码盘中加入一小砝码，在释放小车 (选填“之前”或“之后”)接通打点计时器的电源，在纸带上打出一系列的点．(2)从纸带上选取若干计数点进行测量，得出各计数点的时间t与速度v的数据如下表：
请根据实验数据作出小车的v－t图象．
(3)通过对实验结果的分析，该同学认为：随着运动速度的增加，小车所受的空气阻力将变大，你是否同意他的观点？请根据v－t图象简要阐述理由．
同意，在v－t图象中，速度越大时，加速度越小，小车受到的合力越小，则小车受空气阻力越大.
*1.在“验证牛顿第二定律”实验中，下面的说法中正确的是( )A．平衡摩擦力时小桶应用细线通过滑轮系在小车上，但小桶内不能装沙B．实验中应始终保持小车和砝码的质量远大于沙和小桶的质量C．实验中如用纵坐标表示加速度，用横坐标表示小车和车内砝码的总质量，描出相应的点在一条直线上，即可证明加速度与质量成反比D．平衡摩擦力时，小车后面的纸带必须连好，因为运动过程中纸带也要受到阻力
【解析】实验中M≫m是为了减小系统误差. 平衡摩擦力时必须将小车后面的纸带连好，故选BD.
*2.在利用打点计时器和小车来做“验证牛顿第二定律”的实验时，下列说法中正确的是( )A．平衡摩擦力时，应将砝码及盘内砝码通过定滑轮拴在小车上B．连接砝码盘和小车的细绳应跟长木板保持平行C．平衡摩擦力后，长木板的位置不能移动D．小车释放前应靠近打点计时器，且应先接通电源再释放小车
【解析】本题考查实验过程中应注意的事项，选项A中平衡摩擦力时，不能将砝码盘及盘内砝码(或小桶)通过细绳栓在小车上，A错误；选项B、C、D符合正确的操作方法，B、C、D正确．
3．某同学用如图甲所示的装置做“探究加速度与物体受力的关系”实验．(1)该同学在实验室找到了一个小正方体木块，用实验桌上的一把游标卡尺测出正方体木块的边长，如图乙所示，则正方体木块的边长为 cm.
(2)接着用这个小正方体木块把小车轨道的一端垫高，通过速度传感器发现小车刚好做匀速直线运动．
(3)然后用细线通过定滑轮挂上重物让小车匀加速下滑，不断改变重物的质量m，测出对应的加速度a，则下列图象中能正确反映小车加速度a与所挂重物质量m的关系的是 ．
4．“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”的实验装置如图甲所示．(1)若打点计时器所用电源的频率为60 Hz，某同学打出了一条纸带，纸带的一段如图乙所示．从比较清晰的点起，每3个点取一个计数点，量出相邻计数点之间的距离如图乙(图中数据以cm为单位)．该小车的加速度a＝ m/s2.(结果保留两位有效数字)
(2)平衡摩擦力后，将5个相同的砝码都放在小车上．挂上砝码盘，然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中，测量小车的加速度．小车的加速度a与砝码盘中砝码总重力F的实验数据如下表：
请根据实验数据作出a－F的关系图象．
(3)根据提供的实验数据作出的a－F图线不通过原点，请说明主要原因．
5．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，滑行器连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，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？(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．m1＝5 g B. m2＝15 gC．m3＝40 g D．m4＝400 g
如果气垫导轨水平，则不挂砝码时，M应能在任意位置静止不动，或推动M后能使M匀速运动
(3)在此实验中需要测得每一个牵引力对应的加速度，其中求得的加速度的表达式为a＝(用Δt1、Δt2、D、x表示).
6．图1为“验证牛顿第二定律”的实验装置示意图．砂和砂桶的总质量为m，小车和砝码的总质量为M.实验中用砂和砂桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小．
(1) 实验中，为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，先调节长木板一端滑轮的高度，使细线与长木板平行．接下来还需要进行的一项操作是( )A. 将长木板水平放置，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，给打点计时器通电，调节m的大小，使小车在砂和砂桶的牵引下运动，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动．B．将长木板的一端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，撤去砂和砂桶，给打点计时器通电，轻推小车，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动．C．将长木板的一端垫起适当的高度，撤去纸带以及砂和砂桶，轻推小车，观察判断小车是否做匀速运动．
(2)实验中要进行质量M和m的选取，以下最合理的一组是( )A．M＝200 g，m＝10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 gB．M＝200 g，m＝20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 gC．M＝400 g，m＝10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 gD．M＝400 g，m＝20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g
(3)图2是实验中得到的一条纸带，A、B、C、D、E、F、G为7个相邻的计数点，相邻的两个计数点之间还有四个点未画出．量出相邻的计数点之间的距离分别为SAB＝4.22 cm、SBC＝4.65 cm、SCD＝5.08 cm、SDE＝5.49 cm、SEF＝5.91 cm、SFG＝6.34 cm.已知打点计时器的工作频率为50 Hz，则小车的加速度a＝ m/s2 (结果保留两位有效数字)．
【解析】(1)在“验证牛顿第二定律”的实验中，为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，则需要平衡摩擦力，并使细线与长木板平行．平衡摩擦力的方法是只让小车牵引纸带(撤去砂及砂桶)，纸带穿过打点计时器，并垫高长木板不带滑轮的一端，打点计时器接通电源工作．如果打出纸带上的点迹分布均匀，则说明小车做匀速运动．故选项B正确，选项A、C错误．(2)在“验证牛顿第二定律”的实验中，为使细线对小车的拉力等于砂及砂桶的总重力，则M≫m，且尽可能地多做几组．故选项C最合理．
7．利用如下装置做“验证牛顿第二定律”的实验时：
*(1)甲同学根据实验数据画出的小车的加速度a和小车所受拉力F的图像为上图所示中的直线Ⅰ，乙同学画出的图像为图中的直线Ⅱ.直线Ⅰ、Ⅱ在纵轴或横轴上的截距较大．明显超出了误差范围，下面给出了关于形成这种情况原因的四种解释，其中可能正确的是( )A．实验前甲同学没有平衡摩擦力B．甲同学在平衡摩擦力时，把长木板的末端抬得过高了C．实验前乙同学没有平衡摩擦力D．乙同学在平衡摩擦力时，把长木板的末端抬得过高了
(2)在研究小车的加速度a和小车的质量M的关系时，由于没有始终满足M≫m(m为砂桶及砂桶中砂的质量)的条件，结果得到的图像应是如图(2)中的图 ．