探究加速度与力质量的关系课件(共26张PPT)

2实验:探究加速度与力、质量的关系1.学会用控制变量法研究物理规律。2.探究加速度与力、质量的关系。3.掌握利用图像处理数据的方法。1.探究方法——控制变量法(1)控制小车的质量M不变,讨论加速度a与力F的关系。(2)控制砝码和小盘的质量不变,即力F不变,改变小车的质量M,讨论加速度a与M的关系。2.要测量的物理量(1)小车与其上砝码的总质量M——用天平测出。(2)小车受的拉力F——用天平测出小盘和盘内砝码的总质量m,由F=mg算出。(3)小车的加速度a——通过打点计时器打出的纸带测算出。3.测量加速度的方案(1)应用纸带测加速度在运动物体上安装一条连接打点计时器的纸带,根据纸带上打出的点来测量加速度。前面所述的实验方案就是利用这种方法求取加速度的。它是根据在匀变速直线运动中,连续相等的时间T内的位移之差Δx=aT2求出加速度。(2)应用匀变速运动规律求加速度如果物体做初速度为零的匀加速直线运动,那么,测量物体加速度最直接的办法就是用刻度尺测量位移并用秒表测量时间,然后由a=算出。22xt(3)应用加速度与位移成正比由于a=，如果测出两个初速度为零的匀加速运动在相同时间内发生的位移为x1、x2，则位移之比就是加速度之比，即。22xt1122axax打点计时器、纸带、复写纸、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘、砝码、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平(带有一套砝码)、刻度尺。一、实验步骤1.测质量用天平测量小盘的质量m0和小车的质量M0。2.安仪器按图将实验器材安装好(小车上不系绳)。3.平衡摩擦力把木板无滑轮的一端下面垫一薄木板,反复移动其位置,使小车在不挂小盘和砝码的情况下,能沿木板做匀速直线运动(直到打点计时器打出的纸带上相邻点的间距相等)。4.测a、F把小车停在打点计时器处,挂上小盘和砝码,先接通电源,再让小车拖着纸带在木板上匀加速下滑,打出一条纸带。计算小盘和砝码的重力,即为小车所受的合外力,由纸带计算出小车的加速度,并把小盘和砝码的重力和对应的加速度记录在表格中。5.再重复改变小盘内砝码的个数,重复步骤4,并多做几次。6.测a、M保持小盘内的砝码个数不变,在小车上放上砝码改变小车的质量,让小车在木板上运动打出纸带。计算砝码和小车的总质量M,并由纸带计算出小车对应的加速度。7.再重复改变小车上砝码的个数,重复步骤6,所对应的质量和加速度也需记录在表格中。二、数据处理1.把小车在不同力作用下产生的加速度填在表中:实验数据分析:根据记录的数据,作出a-F图像,即在图中描点、连线。通过连线可知,在误差允许的范围内,所描绘的各点大致分布在同一条过坐标原点的直线上。2.把不同质量的小车在相同力的作用下产生的加速度填在表中:实验数据分析:根据记录的数据作出力F不变时a-M图像。在坐标纸上描点、连线,a-M图像如图甲所示,则由图可知当F不变时,M越大,a越小,故F不变时,a与M有可能成反比,由此可知a-M图像不易反映出相应规律；若a与M成反比，则a与成正比，故作出F不变时a-的关系图像，如图乙所示。1M1M3.实验结论(1)保持物体质量不变时,物体的加速度a与所受力F成正比。(2)在力F不变时,物体的加速度a与质量M成反比。1.因实验原理不完善造成系统误差。实验中用小盘和砝码的总重力代替小车受到的拉力(实际上小车受到的拉力要小于小盘和砝码的总重力),存在系统误差;小盘和砝码的总质量越接近小车的质量,误差就越大;反之,小盘和砝码的总质量越小于小车的质量,误差就越小。2.测量、操作不够准确造成偶然误差。(1)质量的测量误差。(2)纸带上打点计时器打点间隔距离的测量误差。(3)拉线或纸带不与木板平行会造成误差。(4)平衡摩擦力不够(或过度)造成的误差,该误差使作出的图线在横轴(或纵轴)上产生截距。1.平衡摩擦力时不要挂重物,整个实验平衡了摩擦力后,不管以后是改变小盘和砝码的质量还是改变小车及砝码的质量,都不需要重新平衡摩擦力。2.实验中必须满足小车和砝码的总质量远大于小盘和砝码的总质量。3.改变拉力和小车质量后,每次开始时小车应尽量靠近打点计时器,并应先接通电源,再放开小车,且应在小车到达滑轮前按住小车。4.作图像时,要使尽可能多的点在所作直线上,不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线两侧。热点1对实验原理的理解及仪器的选择问题【典例1】(2011·浙江高考)在“探究加速度与力、质量的关系”实验时,已提供了小车、一端附有定滑轮的长木板、纸带、带小盘的细线、刻度尺、天平、导线。为了完成实验,还须从图中选取实验器材,其名称是(漏选或全选得零分),并分别写出所选器材的作用。【标准解答】电磁打点计时器用来打点计时,以便测定加速度,要配备4～6V学生电源(交流电源)为其供电,通过改变砝码个数来改变拉力大小;钩码放在小车上来调节小车质量。也可用电火花计时器来代替学生电源和电磁打点计时器,因为电火花计时器使用220V交流电,不使用学生电源。答案:学生电源、电磁打点计时器、钩码、砝码(或电火花计时器、钩码、砝码)学生电源为电磁打点计时器提供交流电;电磁打点计时器(电火花计时器)记录小车的位置和时间;钩码用以改变小车的质量;砝码用以改变小车受到拉力的大小,还可以用于测量小车的质量。热点2实验步骤及数据的处理【典例2】(2012·安徽高考)图甲为“验证牛顿第二定律”的实验装置示意图。砂和砂桶的总质量为m,小车和砝码的总质量为M。实验中用砂和砂桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小。(1)实验中,为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力,先调节长木板一端滑轮的高度,使细线与长木板平行。接下来还需要进行的一项操作是()A.将长木板水平放置,让小车连着已经穿过打点计时器的纸带,给打点计时器通电,调节m的大小,使小车在砂和砂桶的牵引下运动,从打出的纸带判断小车是否做匀速运动B.将长木板的一端垫起适当的高度,让小车连着已经穿过打点计时器的纸带,撤去砂和砂桶,给打点计时器通电,轻推小车,从打出的纸带判断小车是否做匀速运动C.将长木板的一端垫起适当的高度,撤去纸带以及砂和砂桶,轻推小车,观察判断小车是否做匀速运动(2)实验中要进行质量m和M的选取,以下最合理的一组是()A.M=200g,m=10g、15g、20g、25g、30g、40gB.M=200g,m=20g、40g、60g、80g、100g、120gC.M=400g,m=10g、15g、20g、25g、30g、40gD.M=400g,m=20g、40g、60g、80g、100g、120g(3)图乙是实验中得到的一条纸带,A、B、C、D、E、F、G为7个相邻的计数点,相邻的两个计数点之间还有四个点未画出。量出相邻的计数点之间的距离分别为sAB=4.22cm、sBC=4.65cm、sCD=5.08cm、sDE=5.49cm、sEF=5.91cm、sFG=6.34cm。已知打点计时器的工作频率为50Hz,则小车的加速度a=m/s2(结果保留2位有效数字)。【标准解答】(1)要使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，应将长木板远离定滑轮的一端垫起，使小车所受重力沿木板向下的分力与小车及纸带所受摩擦力平衡，即选项B正确。(2)要使砂和砂桶的总重力的大小作为细线对小车拉力的大小，必须使m≪M，只有选项C符合这个要求。(3)小车的加速度为a=，其中t=0.1s，代入数据得：a=0.42m/s2。答案：(1)B(2)C(3)0.42DEEFFGABBCCD2ssssss9t