2020版高中物理 第四章 牛顿运动定律 第2节 实验：探究加速度与力、质量的关系课件 新人教版必修

第2节实验：探究加速度与力、质量的关系1细梳理、基础巩固一、实验原理和方法1．探究方法——控制变量法(1)控制小车的质量M不变，讨论1__________与2______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3________，讨论加速度a与M的关系．加速度a力F质量M2．要测量的物理量(1)小车与其上砝码的总质量M——用4______测出．(2)小车受的拉力F——用5______测出小盘和盘内6______的总质量m，由F＝7______算出．(3)小车的加速度a——通过打点计时器打出的8______测算出．天平天平砝码mg纸带3．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．它是根据在匀变速直线运动中，9__________的时间T内的位移之差Δx＝10______求出加速度．二、实验器材打点计时器、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．连续相等aT2三、实验步骤1．用天平测出小车和重物的质量分别为M0、m0，并把数值记录下来．2．平衡摩擦力，在木板无滑轮的一端下面垫一薄木板，反复移动其位置，直到打点计时器正常工作后不挂11______的小车在斜面上做12__________运动为止(纸带上相邻点间距相等)．3．将重物通过细绳系在小车上，接通电源放开小车，用纸带记录小车的运动情况，关闭电源，取下纸带并在纸带上标上号码及此时所挂重物的重力m0g.重物匀速直线4．保持小车的质量不变，改变所挂重物的13______，重复步骤3，多做几次实验，并记录好重物的重力m1g、m2g、…以及计算出相应纸带的加速度．5．保持托盘中所放重物的质量不变，在小车上14__________，并测出小车与所放砝码的总质量M，接通电源，放开小车，用纸带记录小车的运动情况，取下纸带并在纸带上标上号码．6．继续在小车上加放砝码，重复步骤5，多做几次实验，在每次得到的纸带上标上号码．重力加放砝码7．计算出每次实验所得纸带的加速度值及小车与砝码的总质量．四、数据处理1．计算法：测得加速度，通过计算看看是否满足a1a2＝15_______、a1a2＝16_______.F1F2M2M12．图象法(1)以加速度17___为纵坐标，以外力18___为横坐标，作出a-F关系图象，如图甲所示，由此得出结论．aF(2)以加速度a为纵坐标，以小车及砝码的总质量M或19______为横坐标作出a-M或a-20______关系图象，如图乙所示，据图象可以得出结论．(3)实验结论：物体的加速度与作用在物体上的合外力成正比，与物体的质量成反比1M1M五、注意事项1．平衡摩擦力时不要21________，整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变小盘和重物的质量还是改变小车及砝码的质量，都22________重新平衡摩擦力．2．实验中必须满足小车和砝码的总质量23________小盘和重物的总质量．只有如此，重物和小盘的总重力才可视为与小车受到的24______相等．3．小车应靠近打点计时器且先25__________再26______．挂重物不需要远大于拉力接通电源放手1．下列方法中，可实现对小车的加速度与力、质量的关系探究的是()A．理想实验法B．等效替代法C．控制变量法D．物理模型法解析：选C探究小车的加速度与力、质量的关系时，应采用控制变量法，先保持小车的质量不变，探究加速度与力的关系，然后保持小车所受的力不变，探究小车的加速度与质量的关系．故选项C正确．2．(多选)如图是某同学探究加速度与力、质量的关系时已接通电源正要释放小车时的情况，对该同学操作的评价，下列说法正确的是()A．应使用4～6V的交流电源B．打点计时器应固定于长木板没有滑轮的一端，且小车紧靠打点计时器停放C．应调节滑轮的高度使细线与长木板平行D．应调节长木板的倾角以平衡摩擦力解析：选BCD打点计时器的工作电源是交流电源，若为电磁打点计时器，则应使用4～6V的交流电源，若为电火花打点计时器，则应使用220V的交流电源，题中未说明打点计时器的种类，选项A错误；打点计时器应固定在长木板没有滑轮的一端，且小车应紧靠打点计时器停放，这样可充分利用纸带，打上更多的点以便采集更多的数据，选项B正确；滑轮位置偏低，应通过调节滑轮的高度以确保细线与长木板平行，从而保证小车所受的合外力等于细线的拉力，选项C正确；应将长木板没有滑轮的一端适当垫高以平衡摩擦力，选项D正确．3．用图(a)的装置“探究小车的加速度与力、质量的关系”时有两个“巧妙”的设计，一是要求小车的总质量远大于沙和沙桶的质量之和；二是对小车要进行“平衡摩擦力”操作．回答下列问题：(1)实验要求小车的总质量远大于沙和沙桶的质量之和的目的是________________．(2)对小车进行“平衡摩擦力”操作时，下列必须进行的是________(填字母序号)．A．取下沙桶B．在空沙桶的牵引下，轻推一下小车，小车能做匀速直线运动C．小车拖着穿过打点计时器的纸带做匀速运动时，打点计时器的电源应断开D．把长木板没有定滑轮的一端垫起适当高度(3)在满足实验条件下，某同学得到了如图(b)的图线(M为小车的总质量)，图线纵轴截距不为零的原因是________．解析：(1)当小车的总质量远大于沙和沙桶质量之和时可以近似认为：绳的拉力等于沙和沙桶的总重力．(2)在该实验中，我们认为细线的拉力等于小车所受的合外力，所以应该平衡摩擦力，正确的操作是在没有定滑轮的一端把长木板垫起适当高度，细线的另一端不能悬挂沙桶，接通打点计时器的电源，轻推一下小车，使小车做匀速直线运动，打出的纸带相邻两点间距离相等，故A、D正确．(3)由图象可知，对应的表达式为：a＝1MF＋a0；图线纵轴截距不为零说明长木板的倾角过大，即平衡摩擦力过度．答案：(1)使细线的拉力等于沙和沙桶重力之和(2)AD(3)平衡摩擦力过度4．用如图甲所示装置做“探究物体的加速度跟力的关系”的实验．实验时保持小车的质量不变，用钩码所受的重力作为小车受到的合力，用打点计时器和小车后端拖动的纸带测出小车运动的加速度．(1)实验时先不挂钩码，反复调整垫块的左右位置，直到小车做匀速直线运动，这样做的目的是______________．(2)图乙为实验中打出的一条纸带的一部分，从比较清晰的点迹起，在纸带上标出了连续的5个计数点A、B、C、D、E，相邻两个计数点之间有4个点迹没有标出，测出各计数点到A点的距离，如图乙所示．已知打点计时器接在频率为50Hz的交流电源两端，则此次实验中小车运动的加速度的测量值a＝___m/s2.(结果保留两位有效数字)(3)实验时改变所挂钩码的质量，分别测量小车在不同外力作用下的加速度．根据测得的多组数据画出a-F关系图象，如图丙所示．此图象的AB段明显偏离直线，造成此现象的主要原因可能是________．(选填下列选项的序号)A．小车与平面轨道之间存在摩擦B．平面轨道倾斜角度过大C．所挂钩码的总质量过大D．所用小车的质量过大解析：(1)反复调整垫块的左右位置，可改变平面轨道的倾角，利用小车沿斜面向下的分力来平衡小车运动中所受的摩擦阻力．(2)a＝xCE－xAC4T2，T＝0.1s，代入数据得a＝1.0m/s2.(3)实验时保持小车的质量不变，钩码所受的重力近似等于小车受到的合力，需满足的条件是小车的质量远大于钩码的质量，若所挂钩码总质量过大时，引起的实验误差较大，造成图线的AB段明显偏离直线，故C正确．答案：(1)平衡小车运动中所受的摩擦阻力(2)1.0(3)C