高中物理 第4章 牛頓運動定律 2 實驗 探究加速度與力、質量的關系課件 新人教版必修1.ppt

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2 實驗:探究加速度與力、質量的關系,一、實驗目的 1.學會用控制變量法探究物理規(guī)律。 2.探究加速度與力、質量的關系。 3.掌握利用圖象處理數據的方法。 二、實驗器材 砝碼,一端有定滑輪的長木板,細線,紙帶,導線,夾子,小盤,天平,小車,打點計時器,交流電源,復寫紙,刻度尺。,三、實驗原理 1.探究方法——控制變量法: (1)控制小車的質量m'不變,改變拉力F,探究加速度a與力F的關系。 (2)控制砝碼和小盤的質量m不變,即力F不變,改變小車的質量m',探究加速度a與質量m'的關系。 2.測量加速度的方案: (1)應用紙帶測加速度:在小車后面安裝一條通過打點計時器限位孔的紙帶,接通打點計時器電源后釋放小車,打出一條紙帶。然后,根據在勻變速直線運動中連續(xù)相等的時間間隔T內的位移之差Δx=aT2求出加速度。 (2)應用勻變速運動規(guī)律求加速度:如果物體做初速度為零的勻加速直線運動,那么,測量物體加速度最直接的辦法就是用刻度尺測量位移并用停表測量時間,然后由x=at算出a。,四、實驗步驟 1.用天平測出小車和重物(砝碼和小盤)的質量分別為m'、m0,并把數值記錄下來。 2.按圖所示將實驗器材安裝好(小車上不系繩)。,3.平衡摩擦力:在木板無滑輪的一端下面墊一薄木板,反復移動其位置,直到打點計時器正常工作后不掛重物的小車在斜面上做勻速直線運動為止(紙帶上相鄰點間距相等)。 4.將重物通過細繩系在小車上,接通電源放開小車,用紙帶記錄小車的運動情況;取下紙帶并在紙帶上標上號碼及此時所掛重物的重力m0g。,5.保持小車的質量不變,改變所掛重物的重力,重復步驟4,多做幾次實驗,每次小車從同一位置釋放,并記錄好重物的重力,m1g、m2g、…以及計算出相應紙帶的加速度填入表格1。 表格1 物體的質量一定,加速度與受力的關系,6.保持所掛重物的質量不變,在小車上加放砝碼,并測出小車與所放砝碼的總質量m,接通電源,放開小車,用紙帶記錄小車的運動情況,取下紙帶并在紙帶上標上號碼。,7.繼續(xù)在小車上加放砝碼,重復步驟6,多做幾次實驗,在每次得到的紙帶上標上號碼。 8.計算出每次實驗所得紙帶的加速度值及小車與砝碼的總質量填入表格2。 表格2 物體受到的外力一定,加速度與質量的關系,實驗指導,典例剖析,當堂檢測,一、數據處理 1.分析加速度和力的關系 依據表格1,以加速度a為縱坐標,以外力F為橫坐標,作出a-F關系圖象,如圖所示,由此得出結論。,實驗指導,典例剖析,當堂檢測,2.分析加速度和質量的關系 依據表格2,以加速度a為縱坐標,以小車及砝碼的總質量m或 為橫坐標作出a-m或a- 關系圖象,如圖所示,根據圖象可以得出結論。,3.實驗結論 物體的加速度與作用在物體上的合外力成正比,與物體的質量成反比。,實驗指導,典例剖析,當堂檢測,二、注意事項 1.平衡摩擦力時不要掛重物,整個實驗平衡了摩擦力后,不管以后是改變小盤和砝碼的質量,還是改變小車及砝碼的質量,都不需要重新平衡摩擦力。 2.實驗中必須滿足小車和砝碼的總質量遠大于小盤和砝碼的總質量。只有如此,砝碼和小盤的總重力才可視為與小車受到的拉力相等。 3.各紙帶上的加速度a,都應是該紙帶上的平均加速度。 4.作圖象時,要使盡可能多的點在所作直線上,不在直線上的點應盡可能對稱分布在所作直線兩側。離直線較遠的點是錯誤數據,可舍去不予考慮。 5.釋放時小車應靠近打點計時器且先接通電源再放開小車。 6.細線與板平行。,實驗指導,典例剖析,當堂檢測,三、誤差分析 1.在實驗中,我們認為小盤和砝碼的重力就等于小車和砝碼所受的合力。但這是有誤差的,只有在小車和砝碼的質量比較大,小盤和砝碼的重力比較小,且長木板合理傾斜的情況下,實驗結果才比較理想。 2.質量測量、長度測量中也存在偶然誤差,可通過多次測量取平均值的方法來減小誤差。 3.平衡摩擦力不準而造成誤差。 4.描點作圖時存在誤差。,實驗指導,典例剖析,當堂檢測,【例題1】 (對實驗器材和操作的考查)用如圖所示的裝置研究在作用力F一定時,小車的加速度a與小車質量m的關系,某位同學設計的實驗步驟如下:,A.用天平稱出小車和小桶及內部所裝砂子的質量; B.按圖裝好實驗器材; C.把輕繩系在小車上并繞過定滑輪懸掛砂桶; D.將電磁打點計時器接在6 V電壓的蓄電池上,接通電源,放開小車,打點計時器在紙帶上打下一系列點,并在紙帶上標明小車的質量m; E.保持小桶及其中砂子的質量不變,增加小車上的砝碼個數,并記錄每次增加后的m值,重復上述實驗; F.分析每條紙帶,測量并計算出加速度的值; G.作a-m關系圖象,并由圖象確定a和m的關系。,實驗指導,典例剖析,當堂檢測,(1)該同學漏掉的重要實驗步驟是 ,該步驟應排在 步實驗之后。 (2)在上述步驟中,有錯誤的是 ,應把 改為 。 (3)在上述步驟中,處理不恰當的是 ,應把 改為 。,實驗指導,典例剖析,當堂檢測,解析:(1)實驗中把小桶及其中砂子的重力看作與小車所受拉力大小相等,沒有考慮摩擦力,故必須平衡摩擦力。 (2)電磁打點計時器接在6 V電壓的蓄電池上將無法工作,必須接在能提供交流電壓的學生電源上。 (3)作a-m關系圖象,得到的是雙曲線,很難做出正確的判斷,必須“化曲為直”,改作a- 關系圖象。 答案:(1)平衡摩擦力 B (2)D 6 V電壓的蓄電池 4 V到6 V交流電壓的學生電源 (3)G a-m a-,實驗指導,典例剖析,當堂檢測,【例題2】在“探究加速度與力、質量的關系”的實驗中,采用如圖所示的裝置。,(1)(多選)下列說法中正確的是 。 A.在探究加速度與質量的關系時,應改變拉力的大小 B.在探究加速度與外力的關系時,應該改變小車的質量 C.在探究加速度a與質量m的關系時,為了直觀判斷二者間的關系,應作出a- 圖象 D.當小車的質量遠大于托盤和砝碼的總質量時,才能近似認為細線對小車的拉力大小等于托盤和砝碼的總重力大小,實驗指導,典例剖析,當堂檢測,(2)某同學測得小車的加速度a和拉力F的數據如表所示:(小車質量保持不變),①根據表中的數據在坐標圖上作出a-F圖象。,②圖線不過原點的原因可能是 。,實驗指導,典例剖析,當堂檢測,解析:(1)探究a與m關系時,保持F不變,改變m大小;探究a與F關系時,保持m不變,改變F大小,故選項A、B錯。a- 關系圖象為過原點的直線,作出這個圖象容易證明a與m成反比,選項C對。只有小車的質量遠大于托盤與砝碼的總質量,托盤與砝碼的總重力才約等于小車受到的合力,選項D對。 (2)①作出的a-F圖象如圖所示。,②由a-F圖象可知,當力F0.1 N時,小車沒有動,說明此時小車所受的摩擦力沒有完全平衡掉。 答案:(1)CD (2)①見解析 ②未平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠,1,2,3,4,實驗指導,典例剖析,當堂檢測,1.在利用打點計時器和小車來做“探究加速度與力、質量的關系”的實驗時,下列說法中不正確的是( ) A.平衡摩擦力時,應將砝碼盤及盤內砝碼通過定滑輪拴在小車上 B.連接砝碼盤和小車的細繩應跟長木板保持平行 C.平衡摩擦力后,長木板的位置不能移動 D.小車釋放前應靠近打點計時器,且應先接通電源再釋放小車 解析:選項A中平衡摩擦力時,不能將砝碼盤及盤內砝碼(或小桶)拴在小車上,選項A說法錯誤;選項B、C、D符合正確的操作方法,選項B、C、D說法正確。 答案:A,5,1,2,3,4,實驗指導,典例剖析,當堂檢測,2.在“探究加速度與力、質量的關系”的實驗中,需要平衡摩擦力。平衡摩擦力時,應該讓小車( ) A.掛上小盤,拖上紙帶,開動打點計時器 B.不掛小盤,拖上紙帶,開動打點計時器 C.掛上小盤,不拖紙帶 D.不掛小盤,不拖紙帶 解析:平衡摩擦力時,應把紙帶所受的摩擦阻力一起平衡掉,所以應讓小車拖上紙帶,且讓打點計時器處于工作狀態(tài),選項B正確。 答案:B,5,1,2,3,4,實驗指導,典例剖析,當堂檢測,5,,1,2,3,4,實驗指導,典例剖析,當堂檢測,4.(多選)在“探究加速度與力、質量的關系”實驗中,關于小車所受的合力,下列敘述中正確的是( ) A.小車所受的合力就是所掛小盤和砝碼的重力 B.小車所受的合力的大小等于托盤和砝碼通過細繩對小車施加的拉力 C.只有平衡摩擦力之后,小車所受合力才等于細繩對小車的拉力 D.只有平衡摩擦力之后,且當小車的質量遠大于托盤和砝碼的總質量時,小車所受合力的大小可認為等于托盤和砝碼的重力大小,5,探究三,當堂檢測,探究一,探究二,1,2,3,4,解析:托盤與砝碼的重力不可說成是小車所受的合力,選項A錯誤;由于小車下滑必受摩擦力作用,平衡摩擦力之后(實際上是m'gsin θ=Ff),小車所受合力才等于細繩的拉力,選項B錯誤、C正確;只有當小車質量m'遠大于托盤與砝碼質量m(即m'?m)時,細繩中的拉力大小才近似等于托盤和砝碼的重力大小,也只有平衡了摩擦力之后,小車所受合力大小才近似等于托盤和砝碼的重力大小,選項D正確。 答案:CD,5,探究三,當堂檢測,探究一,探究二,1,2,3,4,5,5.在做“探究加速度與質量的關系”的實驗中,若測得某一物體受力F一定時,a與m的關系數據如下表所示:,(1)根據表中所列數據,在圖中畫出 圖象。,(2)由 圖象可知,當F一定時,a與m成 比。 (3)由 象可知,F= N(結果保留兩位有效數字)。,探究三,當堂檢測,探究一,探究二,1,2,3,4,5,解析:(1)如圖所示,(2)由圖象可以看出,當F一定時,a與m成反比。,答案:(1)見解析圖 (2)反 (3)3.9,