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

實驗原理1保持研究對象即小車的質(zhì)量不變，改變砂桶內(nèi)砂的質(zhì)量，即改變牽引力測出小車的對應(yīng)加速度，用圖象法驗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，改變研究對象的質(zhì)量，即往小車內(nèi)加砝碼，用電磁打點計時器測出小車的對應(yīng)加速度，用圖象法驗證加速度是否反比于質(zhì)量實驗器材附有定滑輪的長木板；薄木板；小車；細(xì)線；小桶及砂；打點計時器；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)寫紙等實驗步驟1用天平測出小車和小桶的質(zhì)量M和M，并把數(shù)值記錄下來2按圖所示，安裝實驗器材，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：在長木板的不帶定滑輪的一端下面墊薄木板并反復(fù)移動其位置，直到在打點計時器正常工作后，小車在斜面上運動時可以保持勻速直線運動狀態(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滑輪懸掛小桶，此時要調(diào)整定滑輪的高度使繩與木板平行，接通電源，放開小車，待打點計時器在紙帶上打好點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)實驗結(jié)果描出相應(yīng)的點，如這些點在一條直線上，便證明了加速度與作用力成正比注意事項1實驗步驟2、3不需重復(fù)，即整個實驗平衡了摩擦力后，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計時器對小車后所拖紙帶的摩擦力)大小相等實驗中，應(yīng)在小車后拖上紙帶，先接通電源，再用手給小車一個初速度若在紙帶上打出的點的間隔基本上均勻，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，每次開始時小車應(yīng)盡量靠近打點計時器(或盡量遠(yuǎn)離帶滑輪的一端)，并應(yīng)先接通電源，再放開小車，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，要使盡可能多的點在所作直線上，不在直線上的點應(yīng)盡可能對稱分布在所作直線兩側(cè)誤差分析1因?qū)嶒炘聿煌晟埔鸬恼`差本實驗用砂和砂桶的總重力(mM)g代替小車的拉力，而實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)嶒炘聿煌晟贫鸬恼`差此誤差可因mM而減小，但不可能消去此誤差證明如下： 2摩擦力平衡不準(zhǔn)確、質(zhì)量測量不準(zhǔn)、記數(shù)點間距測量不準(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)實驗數(shù)據(jù)利用圖象法處理，會作圖象，會根據(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)計了如圖所示的裝置來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出兩條平行線MN、PQ，并測出間距d.開始時將木板置于MN處，現(xiàn)緩慢向瓶中加水，直到木板剛剛開始運動為止，記下彈簧秤的示數(shù)F0，以此表示滑動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，并用秒表記下木板運動到PQ處的時間t. 木板的加速度可以用d、t表示為a_；為了減少測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)實驗，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)實驗結(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)點是_ a可以改變滑動摩擦力的大小 b可以更方便地獲取多組實驗的數(shù)據(jù) c可以比較精確地測出摩擦力的大小 d可以獲得更大的加速度以提高實驗精度 (2010江蘇) 為了探究受到空氣阻力時，物體運動速度隨時間的變化規(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”的實驗裝置(如圖所示)實驗時，平衡小車與木板之間的摩擦力后，在小車上安裝一薄板，以增大空氣對小車運動的阻力 (1)往砝碼盤中加入一小砝碼，在釋放小車_(選填“之前”或“之后”)接通打點計時器的電源，在紙帶上打出一系列的點 (2)從紙帶上選取若干計數(shù)點進行測量，得出各計數(shù)點的時間t與速度v的數(shù)據(jù)如下表： 請根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出小車的vt圖象時間時間t/s00.501.001.502.002.50速度速度v/(ms1)0.120.190.230.260.280.29 (3)通過對實驗結(jié)果的分析，該同學(xué)認(rèn)為：隨著運動速度的增加，小車所受的空氣阻力將變大，你是否同意他的觀點？請根據(jù)vt圖象簡要闡述理由答案(1)之前(2)如圖所示(3)同意在vt圖象中，速度越大時，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)打點計時器的使用要求可得結(jié)論(2)將各計數(shù)點標(biāo)在坐標(biāo)系中，用平滑曲線將各點連接即可(3)分析(2)問中的vt圖線可得結(jié)論.命題規(guī)律根據(jù)實驗原理對實驗進行創(chuàng)新，考查遷移能力，靈活運用所學(xué)知識的能力考例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)實時傳送到計算機上，經(jīng)計算機處理后在屏幕上顯示滑塊A的位移時間(xt)圖象和速率時間(vt)圖象整個裝置置于高度可調(diào)節(jié)的斜面上，斜面的長度為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下滑時的加速度a_m/s2，摩擦力對滑塊A運動的影響_(填“明顯，不可忽略”或“不明顯，可忽略”) (2)此裝置還可用來驗證牛頓第二定律，實驗時通過改變_，可驗證質(zhì)量一定時，加速度與力成正比的關(guān)系；通過改變_，可驗證力一定時，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稱是由于_造成的，通過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)滑動摩擦力arcsin0.60.3 某實驗小組設(shè)計了如圖所示的實驗裝置探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系開始時閉合開關(guān)，電磁鐵將A、B兩個小車吸住，斷開開關(guān)，兩小車同時在細(xì)繩拉力作用下在水平桌面上沿同一直線相向運動實驗中始終保持小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于托盤和砝碼的質(zhì)量，實驗裝置中各部分摩擦阻力可忽略不計 實驗時，該小組同學(xué)保持兩小車質(zhì)量相同且不變，改變左、右托盤內(nèi)的砝碼的重力，測量并記錄對應(yīng)拉力下車A和B通過的位移s1和s2.經(jīng)過多組數(shù)據(jù)分析得出了小車運動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_，需要測量的物理量有_(要求對表示物理量的字母作出說明)，它們之間的關(guān)系式是_ 請同學(xué)們認(rèn)真完成課后強化作業(yè)