高中物理 第4章 牛頓運(yùn)動(dòng)定律 第2節(jié) 實(shí)驗(yàn)探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系課件 新人教版必修1

第第2 2節(jié)實(shí)驗(yàn)節(jié)實(shí)驗(yàn): :探究加速度與力、質(zhì)量的探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系關(guān)系實(shí)驗(yàn)探究實(shí)驗(yàn)探究實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)典例研習(xí)典例研習(xí)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ) 解讀實(shí)驗(yàn)解讀實(shí)驗(yàn)萃取精華萃取精華實(shí)驗(yàn)探究實(shí)驗(yàn)探究 探尋結(jié)論探尋結(jié)論提升精度提升精度一、數(shù)據(jù)處理一、數(shù)據(jù)處理1.1.計(jì)算法計(jì)算法: :計(jì)算加速度或加速度之比計(jì)算加速度或加速度之比( (等于位移之比等于位移之比) )后后, ,探究與力或質(zhì)量探究與力或質(zhì)量之比有何關(guān)系之比有何關(guān)系. .二、誤差分析二、誤差分析產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因減小方法減小方法偶然偶然誤差誤差質(zhì)量測(cè)量不準(zhǔn)、計(jì)數(shù)點(diǎn)間距質(zhì)量測(cè)量不準(zhǔn)、計(jì)數(shù)點(diǎn)間距測(cè)量不準(zhǔn)測(cè)量不準(zhǔn)多次測(cè)量求平均值多次測(cè)量求平均值小車所受拉力測(cè)量不準(zhǔn)小車所受拉力測(cè)量不準(zhǔn)(1)(1)盡量減小摩擦力的影響盡量減小摩擦力的影響(2)(2)使細(xì)繩和紙帶平行于木板使細(xì)繩和紙帶平行于木板作圖不準(zhǔn)作圖不準(zhǔn)使盡可能多的點(diǎn)落在直線上或使盡可能多的點(diǎn)落在直線上或均勻分布在直線兩側(cè)均勻分布在直線兩側(cè), ,誤差較大誤差較大的點(diǎn)舍去的點(diǎn)舍去系統(tǒng)系統(tǒng)誤差誤差小盤及重物的總重力代替小小盤及重物的總重力代替小車所受的拉力車所受的拉力使小盤和重物的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于使小盤和重物的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量小車的質(zhì)量三、注意事項(xiàng)三、注意事項(xiàng)1.1.平衡摩擦力時(shí)不要掛重物平衡摩擦力時(shí)不要掛重物, ,整個(gè)實(shí)驗(yàn)平衡了摩擦力后整個(gè)實(shí)驗(yàn)平衡了摩擦力后, ,不管以后是改變小不管以后是改變小盤和重物的質(zhì)量還是改變小車及砝碼的質(zhì)量盤和重物的質(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都不需要重新平衡摩擦力. .2.2.實(shí)驗(yàn)中要使小車和砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)大于小盤和重物的總質(zhì)量實(shí)驗(yàn)中要使小車和砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)大于小盤和重物的總質(zhì)量. .只有如此只有如此, ,重物和小盤的總重力可作為小車受到的拉力重物和小盤的總重力可作為小車受到的拉力. .3.3.小車應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器且先接通電源再放手小車應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器且先接通電源再放手. .4.4.作圖像時(shí)作圖像時(shí), ,要通過可能多的點(diǎn)作圖線要通過可能多的點(diǎn)作圖線, ,不在圖線上的點(diǎn)應(yīng)盡可能對(duì)稱分布不在圖線上的點(diǎn)應(yīng)盡可能對(duì)稱分布在圖線兩側(cè)在圖線兩側(cè), ,離圖線較遠(yuǎn)的點(diǎn)應(yīng)該舍去不予考慮離圖線較遠(yuǎn)的點(diǎn)應(yīng)該舍去不予考慮. .( (教師參考教師參考) )用氣墊導(dǎo)軌探究加速度與力的關(guān)系用氣墊導(dǎo)軌探究加速度與力的關(guān)系1.1.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)(1)(1)讓滑塊在砝碼拉力的作用下做加速運(yùn)動(dòng)讓滑塊在砝碼拉力的作用下做加速運(yùn)動(dòng), ,記錄下滑塊通過光電門的速記錄下滑塊通過光電門的速度、砝碼的質(zhì)量、兩光電門間的距離度、砝碼的質(zhì)量、兩光電門間的距離. .(2)(2)保持滑塊的質(zhì)量不變保持滑塊的質(zhì)量不變, ,通過增加通過增加( (或減少或減少) )砝碼的數(shù)量來改變拉力的大砝碼的數(shù)量來改變拉力的大小小. .重復(fù)實(shí)驗(yàn)三次重復(fù)實(shí)驗(yàn)三次. .2.2.計(jì)算加速度的方法計(jì)算加速度的方法已知滑塊經(jīng)過兩個(gè)不同位置的速度已知滑塊經(jīng)過兩個(gè)不同位置的速度v v1 1和和v v2 2以及兩位置間的距離以及兩位置間的距離x,x,利用利用a=a= 就可以求得加速度就可以求得加速度. .22212vvx3.3.數(shù)據(jù)的分析數(shù)據(jù)的分析設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)表格設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)表格, ,將滑塊質(zhì)量不變時(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記入表格并進(jìn)行分析將滑塊質(zhì)量不變時(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記入表格并進(jìn)行分析. .滑塊質(zhì)量滑塊質(zhì)量M=M=kgkg砝碼的砝碼的質(zhì)量質(zhì)量m/kgm/kg滑塊所受滑塊所受拉力大小拉力大小的近似值的近似值F/NF/N滑塊通過滑塊通過光電門光電門1 1的速度的速度v v1 1/ /(m(ms s-1-1) )滑塊通過滑塊通過光電門光電門2 2的速度的速度v v2 2/ /(m(ms s-1-1) )兩光電兩光電門間的門間的距離距離x/mx/m滑塊加速滑塊加速度的計(jì)算度的計(jì)算值值a/a/(m(ms s-2-2) )由數(shù)據(jù)分析得出的結(jié)論由數(shù)據(jù)分析得出的結(jié)論: :當(dāng)滑塊的質(zhì)量不變時(shí)當(dāng)滑塊的質(zhì)量不變時(shí),a,a與與F F成正比成正比. .4.4.需要說明的兩個(gè)問題需要說明的兩個(gè)問題(1)(1)有的儀器只能記錄滑塊經(jīng)過光電門的時(shí)間有的儀器只能記錄滑塊經(jīng)過光電門的時(shí)間, ,但這個(gè)時(shí)間很短暫但這個(gè)時(shí)間很短暫, ,故故可用可用v= (v= (d d是擋光片的寬度是擋光片的寬度,t,t是擋光時(shí)間是擋光時(shí)間) )求得滑塊在不同位置的瞬求得滑塊在不同位置的瞬時(shí)速度時(shí)速度. .(2)(2)認(rèn)為砝碼的重力等于滑塊受到的拉力認(rèn)為砝碼的重力等于滑塊受到的拉力, ,但這是有條件的但這是有條件的, ,即滑塊的即滑塊的質(zhì)量比砝碼的質(zhì)量大得多質(zhì)量比砝碼的質(zhì)量大得多, ,滑塊的加速度不能太大滑塊的加速度不能太大. .dt典例研習(xí)典例研習(xí) 通法悟道通法悟道拓寬思路拓寬思路類型一類型一 實(shí)驗(yàn)操作及注意事項(xiàng)實(shí)驗(yàn)操作及注意事項(xiàng)【例例1 1】用如圖所示的裝置探究在作用力用如圖所示的裝置探究在作用力F F一定時(shí)一定時(shí), ,小車的加速度小車的加速度a a與小車質(zhì)量與小車質(zhì)量M M的的關(guān)系關(guān)系, ,某位同學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)步驟如下某位同學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)步驟如下: :A.A.用天平稱出小車和小桶及內(nèi)部所裝沙子的質(zhì)量用天平稱出小車和小桶及內(nèi)部所裝沙子的質(zhì)量B.B.按圖裝好實(shí)驗(yàn)器材按圖裝好實(shí)驗(yàn)器材C.C.把輕繩系在小車上并繞過定滑輪懸掛沙桶把輕繩系在小車上并繞過定滑輪懸掛沙桶D.D.將電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在將電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在6 V6 V電壓的蓄電池上電壓的蓄電池上, ,接通電源接通電源, ,放開小車放開小車, ,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列點(diǎn)在紙帶上打下一系列點(diǎn), ,并在紙帶上標(biāo)明小車質(zhì)量并在紙帶上標(biāo)明小車質(zhì)量E.E.保持小桶及其中沙子的質(zhì)量不變保持小桶及其中沙子的質(zhì)量不變, ,增加小車上的砝碼個(gè)數(shù)增加小車上的砝碼個(gè)數(shù), ,并記錄每次增加后并記錄每次增加后的的M M值值, ,重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)F.F.分析每條紙帶分析每條紙帶, ,測(cè)量并計(jì)算出加速度的值測(cè)量并計(jì)算出加速度的值G.G.作作a a- -M M關(guān)系圖像關(guān)系圖像, ,并由圖像確定并由圖像確定a a- -M M關(guān)系關(guān)系(1)(1)該同學(xué)漏掉的重要實(shí)驗(yàn)步驟是該同學(xué)漏掉的重要實(shí)驗(yàn)步驟是, ,該步驟應(yīng)排在該步驟應(yīng)排在步實(shí)步實(shí)驗(yàn)之后驗(yàn)之后.(2)(2)在上述步驟中在上述步驟中, ,有錯(cuò)誤的是有錯(cuò)誤的是, ,應(yīng)把應(yīng)把改為改為.(3)(3)在上述步驟中在上述步驟中, ,處理不恰當(dāng)?shù)氖翘幚聿磺‘?dāng)?shù)氖?, ,應(yīng)把應(yīng)把 改改為為.解析解析: :實(shí)驗(yàn)中把小桶及其中沙子受到的重力看做與小車所受拉力大小相實(shí)驗(yàn)中把小桶及其中沙子受到的重力看做與小車所受拉力大小相等等, ,沒有考慮摩擦力沒有考慮摩擦力, ,故必須平衡摩擦力故必須平衡摩擦力. .電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在6 V6 V電壓電壓的蓄電池上將無法工作的蓄電池上將無法工作, ,必須接在必須接在6 V6 V以下交流電壓的學(xué)生電源上以下交流電壓的學(xué)生電源上. .作作a a- -M M關(guān)系圖像關(guān)系圖像, ,得到的是雙曲線得到的是雙曲線, ,很難作出正確的判斷很難作出正確的判斷, ,必須必須“化曲為直化曲為直”, ,改作改作a a- - 關(guān)系圖像關(guān)系圖像. .1M答案答案: :(1)(1)平衡摩擦力按圖裝好實(shí)驗(yàn)器材即平衡摩擦力按圖裝好實(shí)驗(yàn)器材即B B(2)(2)步驟步驟D D6 V6 V電壓的蓄電池電壓的蓄電池6 V6 V以下交流電壓的學(xué)生電源以下交流電壓的學(xué)生電源(3)(3)步驟步驟G Ga a- -M Ma a- -1M規(guī)律方法規(guī)律方法 控制變量法的應(yīng)用控制變量法的應(yīng)用本實(shí)驗(yàn)有本實(shí)驗(yàn)有F,M,aF,M,a三個(gè)變量三個(gè)變量, ,探究加速度探究加速度a a與與F F及及M M的關(guān)系時(shí)的關(guān)系時(shí), ,我們先控制一個(gè)我們先控制一個(gè)變量變量, ,在該實(shí)驗(yàn)中先控制小車的質(zhì)量在該實(shí)驗(yàn)中先控制小車的質(zhì)量M M不變不變, ,討論討論a a與與F F的關(guān)系的關(guān)系; ;再控制沙和再控制沙和沙桶的質(zhì)量不變沙桶的質(zhì)量不變, ,即即F F不變不變, ,改變小車的質(zhì)量改變小車的質(zhì)量M,M,討論討論a a與與M M的關(guān)系的關(guān)系. .類型二類型二 數(shù)據(jù)處理與誤差分析數(shù)據(jù)處理與誤差分析【例例2 2】 在在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)中, ,某同學(xué)使用了如圖某同學(xué)使用了如圖( (甲甲) )所示的裝置所示的裝置, ,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)頻率為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)頻率為50 Hz.50 Hz.(1)(1)該同學(xué)得到一條紙帶該同學(xué)得到一條紙帶, ,在紙帶上取連續(xù)的在紙帶上取連續(xù)的A,B,C,D,E,FA,B,C,D,E,F六個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)六個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn), ,如圖如圖( (乙乙) )所示所示, ,相鄰兩點(diǎn)間的距離分別為相鄰兩點(diǎn)間的距離分別為10.0 mm,12.0 mm,14.0 mm,16.0 mm,10.0 mm,12.0 mm,14.0 mm,16.0 mm,18.0 mm,18.0 mm,則打則打E E點(diǎn)時(shí)小車的速度為點(diǎn)時(shí)小車的速度為m/sm/s, ,打打A,FA,F兩點(diǎn)的過程中小車的平兩點(diǎn)的過程中小車的平均速度為均速度為m/sm/s, ,小車的加速度為小車的加速度為m/sm/s2 2.答案答案: :(1)0.85(1)0.850.70.75 5 答案答案: :(2)a-(2)a-(2)(2)該同學(xué)要探究小車的加速度該同學(xué)要探究小車的加速度a a和質(zhì)量和質(zhì)量M M的關(guān)系的關(guān)系, ,應(yīng)該保持拉力不變應(yīng)該保持拉力不變; ;得到得到多組數(shù)據(jù)多組數(shù)據(jù), ,從中可猜測(cè)從中可猜測(cè)a a與與M M可能成反比可能成反比, ,為利用圖像驗(yàn)證該猜測(cè)為利用圖像驗(yàn)證該猜測(cè), ,他應(yīng)描繪他應(yīng)描繪的圖像是的圖像是 ( (選填選填“a a- -M”M”或或“a a- - ” ”) ). .1M解析解析: :(2)(2)在拉力一定時(shí)在拉力一定時(shí),a,a與與M M成反比成反比, ,利用多組數(shù)據(jù)描繪的利用多組數(shù)據(jù)描繪的a a- -M M圖像是曲圖像是曲線線, ,他可以描述他可以描述a a- - 圖像圖像, ,若圖線為一條過原點(diǎn)的直線若圖線為一條過原點(diǎn)的直線, ,則可說明則可說明a a與與M M成反比成反比; ;1M1M(3)(3)該同學(xué)通過對(duì)數(shù)據(jù)的處理作出了該同學(xué)通過對(duì)數(shù)據(jù)的處理作出了a-Fa-F圖像如圖圖像如圖( (丙丙) )所示所示, ,則則圖中的直線不過原點(diǎn)的原因是圖中的直線不過原點(diǎn)的原因是 .此圖中直線發(fā)生彎曲的原因是此圖中直線發(fā)生彎曲的原因是 .解析解析: :(3)(3)由圖像可知由圖像可知, ,當(dāng)拉力為當(dāng)拉力為0 0時(shí)小車的加速度大于時(shí)小車的加速度大于0,0,說明平衡摩說明平衡摩擦力時(shí)木板右端墊得偏高擦力時(shí)木板右端墊得偏高, ,使重力沿木板向下的分力大于摩擦力使重力沿木板向下的分力大于摩擦力, ,即直即直線不過原點(diǎn)的原因是平衡摩擦阻力時(shí)木板傾角過大線不過原點(diǎn)的原因是平衡摩擦阻力時(shí)木板傾角過大; ;要使繩子所掛沙桶要使繩子所掛沙桶( (包括沙包括沙) )的重力大小作為細(xì)繩對(duì)小車?yán)Φ拇笮〉闹亓Υ笮∽鳛榧?xì)繩對(duì)小車?yán)Φ拇笮? ,必須使沙和沙桶的質(zhì)量必須使沙和沙桶的質(zhì)量m m遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量M,M,否則對(duì)小車?yán)Ψ駝t對(duì)小車?yán) F小于小于mg,mg,即即mgmg對(duì)應(yīng)的加速度值小對(duì)應(yīng)的加速度值小, ,造成圖線偏離原來的直線造成圖線偏離原來的直線, ,而出現(xiàn)較大誤差而出現(xiàn)較大誤差. .答案答案: :(3)(3)平衡摩擦阻力時(shí)木板傾角過大沙和沙桶的質(zhì)量過大平衡摩擦阻力時(shí)木板傾角過大沙和沙桶的質(zhì)量過大, ,不不再滿足再滿足m mM M實(shí)驗(yàn)誤差分析實(shí)驗(yàn)誤差分析誤區(qū)警示誤區(qū)警示 (1)(1)若平衡摩擦力時(shí)若平衡摩擦力時(shí), ,木板墊起的傾角過小木板墊起的傾角過小, ,則則a-a-F,aF,a- - 圖像如圖圖像如圖( (甲甲) )、( (乙乙) )所示所示; ;(2)(2)若平衡摩擦力時(shí)若平衡摩擦力時(shí), ,木板墊起的傾角過大木板墊起的傾角過大, ,則則a a- -F,aF,a- - 圖像如圖圖像如圖( (甲甲) )、( (乙乙) )所示所示. .(3)(3)若實(shí)驗(yàn)中沒有滿足若實(shí)驗(yàn)中沒有滿足M M遠(yuǎn)大于遠(yuǎn)大于m,m,則則a a- -F,aF,a- - 圖像如圖圖像如圖( (丙丙) )、( (丁丁) )所示所示. .1M1M1M