高考物理總復(fù)習(xí) 第三章 第4講 實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系課件

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1、實(shí)驗(yàn)原理1保持研究對(duì)象即小車的質(zhì)量不變，改變砂桶內(nèi)砂的質(zhì)量，即改變牽引力測(cè)出小車的對(duì)應(yīng)加速度，用圖象法驗(yàn)證加速度是否正比于作用力2保持砂桶內(nèi)砂的質(zhì)量不變，改變研究對(duì)象的質(zhì)量，即往小車內(nèi)加砝碼，用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)出小車的對(duì)應(yīng)加速度，用圖象法驗(yàn)證加速度是否反比于質(zhì)量實(shí)驗(yàn)器材附有定滑輪的長(zhǎng)木板；薄木板；小車；細(xì)線；小桶及砂；打點(diǎn)計(jì)時(shí)器；低壓交流電源；導(dǎo)線；天平(帶一套砝碼)；砝碼；毫米刻度尺；紙帶及復(fù)寫(xiě)紙等實(shí)驗(yàn)步驟1用天平測(cè)出小車和小桶的質(zhì)量M和M，并把數(shù)值記錄下來(lái)2按圖所示，安裝實(shí)驗(yàn)器材，只是不把懸掛小桶用的細(xì)繩系在車上，即不給小車施加牽引力 3平衡摩擦力：在長(zhǎng)木板的不帶定滑輪的一端下面墊薄木板并

2、反復(fù)移動(dòng)其位置，直到在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器正常工作后，小車在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)可以保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為止 4記錄小車內(nèi)所加砝碼的質(zhì)量，稱好砂子后將砂倒入小桶，把細(xì)繩系在小車上并繞過(guò)滑輪懸掛小桶，此時(shí)要調(diào)整定滑輪的高度使繩與木板平行，接通電源，放開(kāi)小車，待打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打好點(diǎn)后取下紙帶并作好標(biāo)記 5保持小車總質(zhì)量不變，改變砂的質(zhì)量(均要用天平稱量)，按步驟4中方法打好紙帶并作好標(biāo)記 6在每條紙帶上都選取一段比較理想的部分，算出加速度的值 7用縱坐標(biāo)表示加速度，橫坐標(biāo)表示作用力(即砂和桶的總重力)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果描出相應(yīng)的點(diǎn)，如這些點(diǎn)在一條直線上，便證明了加速度與作用力成正比注意事項(xiàng)1實(shí)驗(yàn)步驟2、3不需重復(fù)，

3、即整個(gè)實(shí)驗(yàn)平衡了摩擦力后，不管以后是改變砂和砂桶的質(zhì)量還是改變小車及砝碼的質(zhì)量，都不需要重新平衡摩擦力平衡摩擦力是指小車所受動(dòng)力(重力沿斜面分力)與小車所受阻力(包括小車所受摩擦力和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器對(duì)小車后所拖紙帶的摩擦力)大小相等實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)在小車后拖上紙帶，先接通電源，再用手給小車一個(gè)初速度若在紙帶上打出的點(diǎn)的間隔基本上均勻，才表明平衡了摩擦力，否則必須重新調(diào)整薄木板的位置 2平衡摩擦力后，每條紙帶必須滿足在小車上所加砝碼的質(zhì)量遠(yuǎn)大于砂和砂桶的總質(zhì)量的條件下進(jìn)行，只有如此，砂和砂桶的總重力才可視為小車所受的拉力 3改變拉力和小車質(zhì)量后，每次開(kāi)始時(shí)小車應(yīng)盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(或盡量遠(yuǎn)離帶滑輪的一端)，

4、并應(yīng)先接通電源，再放開(kāi)小車，且在小車到達(dá)滑輪前應(yīng)按住小車 4各紙帶上的加速度a，都應(yīng)是該紙帶上的平均加速度 5作圖象時(shí)，要使盡可能多的點(diǎn)在所作直線上，不在直線上的點(diǎn)應(yīng)盡可能對(duì)稱分布在所作直線兩側(cè)誤差分析1因?qū)嶒?yàn)原理不完善引起的誤差本實(shí)驗(yàn)用砂和砂桶的總重力(mM)g代替小車的拉力，而實(shí)際小車所受的拉力要小于砂和砂桶的總重力砂和砂桶的總質(zhì)量越接近小車和砝碼的總質(zhì)量，誤差越大，砂和砂桶的總質(zhì)量越小于小車和砝碼的總質(zhì)量，由此引起的誤差就越小因此，滿足砂和砂桶的總質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車和砝碼的總質(zhì)量M的目的就是為了減小因?qū)嶒?yàn)原理不完善而引起的誤差此誤差可因mM而減小，但不可能消去此誤差證明如下： 2摩擦力平衡

5、不準(zhǔn)確、質(zhì)量測(cè)量不準(zhǔn)、記數(shù)點(diǎn)間距測(cè)量不準(zhǔn)、紙帶拉線不嚴(yán)格與木板平行也是引起誤差的原因 命題規(guī)律根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)利用圖象法處理，會(huì)作圖象，會(huì)根據(jù)圖象建立加速度、質(zhì)量、外力的關(guān)系考例1(2010山東理綜)某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖所示的裝置來(lái)探究加速度與力的關(guān)系彈簧秤固定在一合適的木板上，桌面的右邊緣固定一支表面光滑的鉛筆以代替定滑輪，細(xì)繩的兩端分別與彈簧秤的掛鉤和礦泉水瓶連接在桌面上畫(huà)出兩條平行線MN、PQ，并測(cè)出間距d.開(kāi)始時(shí)將木板置于MN處，現(xiàn)緩慢向瓶中加水，直到木板剛剛開(kāi)始運(yùn)動(dòng)為止，記下彈簧秤的示數(shù)F0，以此表示滑動(dòng)摩擦力的大小再將木板放回原處并按住，繼續(xù)向瓶中加水后，記下彈簧秤的示數(shù)F1，然后釋放木板

6、，并用秒表記下木板運(yùn)動(dòng)到PQ處的時(shí)間t. 木板的加速度可以用d、t表示為a_；為了減少測(cè)量加速度的偶然誤差可以采用的方法是(一種即可)_ 改變瓶中水的質(zhì)量重復(fù)實(shí)驗(yàn)，確定加速度a與彈簧秤示數(shù)F1的關(guān)系下列圖象能表示該同學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的是_ 用加水的方法改變拉力的大小與掛鉤碼的方法相比，它的優(yōu)點(diǎn)是_ a可以改變滑動(dòng)摩擦力的大小 b可以更方便地獲取多組實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù) c可以比較精確地測(cè)出摩擦力的大小 d可以獲得更大的加速度以提高實(shí)驗(yàn)精度 (2010江蘇) 為了探究受到空氣阻力時(shí)，物體運(yùn)動(dòng)速度隨時(shí)間的變化規(guī)律，某同學(xué)采用了“加速度與物體質(zhì)量、物體受力關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置(如圖所示)實(shí)驗(yàn)時(shí)，平衡小車與木板之間的摩擦

7、力后，在小車上安裝一薄板，以增大空氣對(duì)小車運(yùn)動(dòng)的阻力 (1)往砝碼盤(pán)中加入一小砝碼，在釋放小車_(選填“之前”或“之后”)接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，在紙帶上打出一系列的點(diǎn) (2)從紙帶上選取若干計(jì)數(shù)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，得出各計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間t與速度v的數(shù)據(jù)如下表： 請(qǐng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出小車的vt圖象時(shí)間時(shí)間t/s00.501.001.502.002.50速度速度v/(ms1)0.120.190.230.260.280.29 (3)通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，該同學(xué)認(rèn)為：隨著運(yùn)動(dòng)速度的增加，小車所受的空氣阻力將變大，你是否同意他的觀點(diǎn)？請(qǐng)根據(jù)vt圖象簡(jiǎn)要闡述理由答案(1)之前(2)如圖所示(3)同意在vt圖象中，速度越

8、大時(shí)，加速度越小，小車受到的合力越小，則小車受空氣阻力越大解析(1)根據(jù)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的使用要求可得結(jié)論(2)將各計(jì)數(shù)點(diǎn)標(biāo)在坐標(biāo)系中，用平滑曲線將各點(diǎn)連接即可(3)分析(2)問(wèn)中的vt圖線可得結(jié)論.命題規(guī)律根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行創(chuàng)新，考查遷移能力，靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力考例2如圖甲，質(zhì)量為M的滑塊A放在氣墊導(dǎo)軌B上，C為位移傳感器，它能將滑塊A到傳感器C的距離數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到計(jì)算機(jī)上，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后在屏幕上顯示滑塊A的位移時(shí)間(xt)圖象和速率時(shí)間(vt)圖象整個(gè)裝置置于高度可調(diào)節(jié)的斜面上，斜面的長(zhǎng)度為l、高度為h.(取重力加速度g9.8m/s2，結(jié)果可保留一位有效數(shù)字)(1)現(xiàn)給滑塊A一沿氣墊導(dǎo)軌

9、向上的初速度，A的vt圖線如圖乙所示從圖線可得滑塊A下滑時(shí)的加速度a_m/s2，摩擦力對(duì)滑塊A運(yùn)動(dòng)的影響_(填“明顯，不可忽略”或“不明顯，可忽略”) (2)此裝置還可用來(lái)驗(yàn)證牛頓第二定律，實(shí)驗(yàn)時(shí)通過(guò)改變_，可驗(yàn)證質(zhì)量一定時(shí)，加速度與力成正比的關(guān)系；通過(guò)改變_，可驗(yàn)證力一定時(shí)，加速度與質(zhì)量成反比的關(guān)系 (3)將氣墊導(dǎo)軌換成滑板，滑塊A換成滑塊A，給滑塊A一沿滑板向上的初速度，A的xt圖線如圖丙圖線不對(duì)稱是由于_造成的，通過(guò)圖線可求得滑板的傾角_(用反三角函數(shù)表示)，滑塊與滑板間的動(dòng)摩擦因數(shù)_.答案(1)5.8不明顯，可忽略(2)斜面高度h滑塊A的質(zhì)量M及斜面的高度h，且使Mh不變(3)滑動(dòng)摩擦

10、力arcsin0.60.3 某實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系開(kāi)始時(shí)閉合開(kāi)關(guān)，電磁鐵將A、B兩個(gè)小車吸住，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，兩小車同時(shí)在細(xì)繩拉力作用下在水平桌面上沿同一直線相向運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)中始終保持小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于托盤(pán)和砝碼的質(zhì)量，實(shí)驗(yàn)裝置中各部分摩擦阻力可忽略不計(jì) 實(shí)驗(yàn)時(shí)，該小組同學(xué)保持兩小車質(zhì)量相同且不變，改變左、右托盤(pán)內(nèi)的砝碼的重力，測(cè)量并記錄對(duì)應(yīng)拉力下車A和B通過(guò)的位移s1和s2.經(jīng)過(guò)多組數(shù)據(jù)分析得出了小車運(yùn)動(dòng)的加速度與所受拉力的關(guān)系如果要繼續(xù)利用此裝置驗(yàn)證小車的加速度與小車質(zhì)量的關(guān)系，需要控制的條件是_，需要測(cè)量的物理量有_(要求對(duì)表示物理量的字母作出說(shuō)明)，它們之間的關(guān)系式是_ 請(qǐng)同學(xué)們認(rèn)真完成課后強(qiáng)化作業(yè)