高中物理 第4章 牛頓運(yùn)動(dòng)定律 2 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.ppt

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2 實(shí)驗(yàn):探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系,一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1.學(xué)會(huì)用控制變量法探究物理規(guī)律。 2.探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系。 3.掌握利用圖象處理數(shù)據(jù)的方法。 二、實(shí)驗(yàn)器材 砝碼,一端有定滑輪的長(zhǎng)木板,細(xì)線,紙帶,導(dǎo)線,夾子,小盤,天平,小車,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,交流電源,復(fù)寫紙,刻度尺。,三、實(shí)驗(yàn)原理 1.探究方法——控制變量法: (1)控制小車的質(zhì)量m'不變,改變拉力F,探究加速度a與力F的關(guān)系。 (2)控制砝碼和小盤的質(zhì)量m不變,即力F不變,改變小車的質(zhì)量m',探究加速度a與質(zhì)量m'的關(guān)系。 2.測(cè)量加速度的方案: (1)應(yīng)用紙帶測(cè)加速度:在小車后面安裝一條通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器限位孔的紙帶,接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源后釋放小車,打出一條紙帶。然后,根據(jù)在勻變速直線運(yùn)動(dòng)中連續(xù)相等的時(shí)間間隔T內(nèi)的位移之差Δx=aT2求出加速度。 (2)應(yīng)用勻變速運(yùn)動(dòng)規(guī)律求加速度:如果物體做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng),那么,測(cè)量物體加速度最直接的辦法就是用刻度尺測(cè)量位移并用停表測(cè)量時(shí)間,然后由x=at算出a。,四、實(shí)驗(yàn)步驟 1.用天平測(cè)出小車和重物(砝碼和小盤)的質(zhì)量分別為m'、m0,并把數(shù)值記錄下來(lái)。 2.按圖所示將實(shí)驗(yàn)器材安裝好(小車上不系繩)。,3.平衡摩擦力:在木板無(wú)滑輪的一端下面墊一薄木板,反復(fù)移動(dòng)其位置,直到打點(diǎn)計(jì)時(shí)器正常工作后不掛重物的小車在斜面上做勻速直線運(yùn)動(dòng)為止(紙帶上相鄰點(diǎn)間距相等)。 4.將重物通過(guò)細(xì)繩系在小車上,接通電源放開小車,用紙帶記錄小車的運(yùn)動(dòng)情況;取下紙帶并在紙帶上標(biāo)上號(hào)碼及此時(shí)所掛重物的重力m0g。,5.保持小車的質(zhì)量不變,改變所掛重物的重力,重復(fù)步驟4,多做幾次實(shí)驗(yàn),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(jì)算出相應(yīng)紙帶的加速度填入表格1。 表格1 物體的質(zhì)量一定,加速度與受力的關(guān)系,6.保持所掛重物的質(zhì)量不變,在小車上加放砝碼,并測(cè)出小車與所放砝碼的總質(zhì)量m,接通電源,放開小車,用紙帶記錄小車的運(yùn)動(dòng)情況,取下紙帶并在紙帶上標(biāo)上號(hào)碼。,7.繼續(xù)在小車上加放砝碼,重復(fù)步驟6,多做幾次實(shí)驗(yàn),在每次得到的紙帶上標(biāo)上號(hào)碼。 8.計(jì)算出每次實(shí)驗(yàn)所得紙帶的加速度值及小車與砝碼的總質(zhì)量填入表格2。 表格2 物體受到的外力一定,加速度與質(zhì)量的關(guān)系,實(shí)驗(yàn)指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測(cè),一、數(shù)據(jù)處理 1.分析加速度和力的關(guān)系 依據(jù)表格1,以加速度a為縱坐標(biāo),以外力F為橫坐標(biāo),作出a-F關(guān)系圖象,如圖所示,由此得出結(jié)論。,實(shí)驗(yàn)指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測(cè),2.分析加速度和質(zhì)量的關(guān)系 依據(jù)表格2,以加速度a為縱坐標(biāo),以小車及砝碼的總質(zhì)量m或 為橫坐標(biāo)作出a-m或a- 關(guān)系圖象,如圖所示,根據(jù)圖象可以得出結(jié)論。,3.實(shí)驗(yàn)結(jié)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(zhì)量成反比。,實(shí)驗(yàn)指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測(cè),二、注意事項(xiàng) 1.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,不管以后是改變小盤和砝碼的質(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。 2.實(shí)驗(yàn)中必須滿足小車和砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)大于小盤和砝碼的總質(zhì)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(yīng)是該紙帶上的平均加速度。 4.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)。離直線較遠(yuǎn)的點(diǎn)是錯(cuò)誤數(shù)據(jù),可舍去不予考慮。 5.釋放時(shí)小車應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器且先接通電源再放開小車。 6.細(xì)線與板平行。,實(shí)驗(yàn)指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測(cè),三、誤差分析 1.在實(shí)驗(yàn)中,我們認(rèn)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(zhì)量比較大,小盤和砝碼的重力比較小,且長(zhǎng)木板合理傾斜的情況下,實(shí)驗(yàn)結(jié)果才比較理想。 2.質(zhì)量測(cè)量、長(zhǎng)度測(cè)量中也存在偶然誤差,可通過(guò)多次測(cè)量取平均值的方法來(lái)減小誤差。 3.平衡摩擦力不準(zhǔn)而造成誤差。 4.描點(diǎn)作圖時(shí)存在誤差。,實(shí)驗(yàn)指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測(cè),【例題1】 (對(duì)實(shí)驗(yàn)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(shí),小車的加速度a與小車質(zhì)量m的關(guān)系,某位同學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)步驟如下:,A.用天平稱出小車和小桶及內(nèi)部所裝砂子的質(zhì)量; B.按圖裝好實(shí)驗(yàn)器材; C.把輕繩系在小車上并繞過(guò)定滑輪懸掛砂桶; D.將電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在6 V電壓的蓄電池上,接通電源,放開小車,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列點(diǎn),并在紙帶上標(biāo)明小車的質(zhì)量m; E.保持小桶及其中砂子的質(zhì)量不變,增加小車上的砝碼個(gè)數(shù),并記錄每次增加后的m值,重復(fù)上述實(shí)驗(yàn); F.分析每條紙帶,測(cè)量并計(jì)算出加速度的值; G.作a-m關(guān)系圖象,并由圖象確定a和m的關(guān)系。,實(shí)驗(yàn)指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測(cè),(1)該同學(xué)漏掉的重要實(shí)驗(yàn)步驟是 ,該步驟應(yīng)排在 步實(shí)驗(yàn)之后。 (2)在上述步驟中,有錯(cuò)誤的是 ,應(yīng)把 改為 。 (3)在上述步驟中,處理不恰當(dāng)?shù)氖? ,應(yīng)把 改為 。,實(shí)驗(yàn)指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測(cè),解析:(1)實(shí)驗(yàn)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(méi)有考慮摩擦力,故必須平衡摩擦力。 (2)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在6 V電壓的蓄電池上將無(wú)法工作,必須接在能提供交流電壓的學(xué)生電源上。 (3)作a-m關(guān)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(guān)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(xué)生電源 (3)G a-m a-,實(shí)驗(yàn)指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測(cè),【例題2】在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中,采用如圖所示的裝置。,(1)(多選)下列說(shuō)法中正確的是 。 A.在探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系時(shí),應(yīng)改變拉力的大小 B.在探究加速度與外力的關(guān)系時(shí),應(yīng)該改變小車的質(zhì)量 C.在探究加速度a與質(zhì)量m的關(guān)系時(shí),為了直觀判斷二者間的關(guān)系,應(yīng)作出a- 圖象 D.當(dāng)小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于托盤和砝碼的總質(zhì)量時(shí),才能近似認(rèn)為細(xì)線對(duì)小車的拉力大小等于托盤和砝碼的總重力大小,實(shí)驗(yàn)指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測(cè),(2)某同學(xué)測(cè)得小車的加速度a和拉力F的數(shù)據(jù)如表所示:(小車質(zhì)量保持不變),①根據(jù)表中的數(shù)據(jù)在坐標(biāo)圖上作出a-F圖象。,②圖線不過(guò)原點(diǎn)的原因可能是 。,實(shí)驗(yàn)指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測(cè),解析:(1)探究a與m關(guān)系時(shí),保持F不變,改變m大小;探究a與F關(guān)系時(shí),保持m不變,改變F大小,故選項(xiàng)A、B錯(cuò)。a- 關(guān)系圖象為過(guò)原點(diǎn)的直線,作出這個(gè)圖象容易證明a與m成反比,選項(xiàng)C對(duì)。只有小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于托盤與砝碼的總質(zhì)量,托盤與砝碼的總重力才約等于小車受到的合力,選項(xiàng)D對(duì)。 (2)①作出的a-F圖象如圖所示。,②由a-F圖象可知,當(dāng)力F0.1 N時(shí),小車沒(méi)有動(dòng),說(shuō)明此時(shí)小車所受的摩擦力沒(méi)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(shí)驗(yàn)指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測(cè),1.在利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和小車來(lái)做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)時(shí),下列說(shuō)法中不正確的是( ) A.平衡摩擦力時(shí),應(yīng)將砝碼盤及盤內(nèi)砝碼通過(guò)定滑輪拴在小車上 B.連接砝碼盤和小車的細(xì)繩應(yīng)跟長(zhǎng)木板保持平行 C.平衡摩擦力后,長(zhǎng)木板的位置不能移動(dòng) D.小車釋放前應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,且應(yīng)先接通電源再釋放小車 解析:選項(xiàng)A中平衡摩擦力時(shí),不能將砝碼盤及盤內(nèi)砝碼(或小桶)拴在小車上,選項(xiàng)A說(shuō)法錯(cuò)誤;選項(xiàng)B、C、D符合正確的操作方法,選項(xiàng)B、C、D說(shuō)法正確。 答案:A,5,1,2,3,4,實(shí)驗(yàn)指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測(cè),2.在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中,需要平衡摩擦力。平衡摩擦力時(shí),應(yīng)該讓小車( ) A.掛上小盤,拖上紙帶,開動(dòng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 B.不掛小盤,拖上紙帶,開動(dòng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(shí),應(yīng)把紙帶所受的摩擦阻力一起平衡掉,所以應(yīng)讓小車拖上紙帶,且讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處于工作狀態(tài),選項(xiàng)B正確。 答案:B,5,1,2,3,4,實(shí)驗(yàn)指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測(cè),5,,1,2,3,4,實(shí)驗(yàn)指導(dǎo),典例剖析,當(dāng)堂檢測(cè),4.(多選)在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中,關(guān)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(guò)細(xì)繩對(duì)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(xì)繩對(duì)小車的拉力 D.只有平衡摩擦力之后,且當(dāng)小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于托盤和砝碼的總質(zhì)量時(shí),小車所受合力的大小可認(rèn)為等于托盤和砝碼的重力大小,5,探究三,當(dāng)堂檢測(cè),探究一,探究二,1,2,3,4,解析:托盤與砝碼的重力不可說(shuō)成是小車所受的合力,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;由于小車下滑必受摩擦力作用,平衡摩擦力之后(實(shí)際上是m'gsin θ=Ff),小車所受合力才等于細(xì)繩的拉力,選項(xiàng)B錯(cuò)誤、C正確;只有當(dāng)小車質(zhì)量m'遠(yuǎn)大于托盤與砝碼質(zhì)量m(即m'?m)時(shí),細(xì)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(xiàng)D正確。 答案:CD,5,探究三,當(dāng)堂檢測(cè),探究一,探究二,1,2,3,4,5,5.在做“探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中,若測(cè)得某一物體受力F一定時(shí),a與m的關(guān)系數(shù)據(jù)如下表所示:,(1)根據(jù)表中所列數(shù)據(jù),在圖中畫出 圖象。,(2)由 圖象可知,當(dāng)F一定時(shí),a與m成 比。 (3)由 象可知,F= N(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。,探究三,當(dāng)堂檢測(cè),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(dāng)F一定時(shí),a與m成反比。,答案:(1)見解析圖 (2)反 (3)3.9,