2012届高考一轮复习课件：3.5实验：探究加速度与力、质量的关系.ppt

1实验目的 探究加速度与外力、质量三者的关系 2实验思路 本实验的基本思路是采用控制变量法 (1)保持物体的质量不变，测量物体在不同外 力作用下的加速度，探究加速度与外力的关系 (2)保持物体所受的外力相同，测量不同质量 的物体在该力作用下的加速度，探究加速度与力 的关系 3.实验器材 打点计时器、纸带及复写纸、小车、一端附 有定滑轮的长木板、砝码、细绳、低压交流电源 、导线、天平、刻度尺、小砂桶、砂 4实验步骤 (1)用天平分别测出小车和小砂桶的质量M和 m. (2)按图351所示把实验器材安装好，但 不把悬挂小砂桶的细绳系在小车上(即不给小车 加牵引力) (3)平衡摩擦力：在长木板不带定滑轮的一端 下面垫上一块薄木板，反复移动木板的位置，直 到小车在斜面上运动时能保持匀速运动状态；这 时小车拖着纸带运动时受到的摩擦力恰好与小车 所受的重力在斜面方向上的分力平衡 (4)把细绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂 小砂桶，让小车紧靠打点计时器，先接通电 源再放开小车，取下纸带，在打点纸带上标 上纸带号码 (5)保持小车的质量不变，改变小砂桶内 砂的质量，即改变小车的牵引力，再做几次实 验 (6)在每条纸带上都选取一段比较理想的 部分，按“测定匀变速直线运动的加速度”实 验中的方法算出每条纸带的加速度 (7)用纵坐标表示加速度，横坐标表示力 ，根据实验结 果在坐标平面上画出相应的点 ，如果这些点在一条倾斜直线上，便证明了 加速度与作用力成正比 (8)保持砂和小砂桶的质量不变，在小车 上依次加砝码(做好记录)，重复上述步骤4和 步骤6，用纵坐标表示加速度，横坐标表示小 车及砝码总质 量的倒数，在坐标平面上根据 实验结 果画出相应的点，如果这些点在一条 倾斜的直线上，就证明加速度与质量成反比 5数据处理 利用图象处理数据是一种常用的重要方法 将实验中得到的数据通过描点作出图象，可 以非常直观地看出两个物理量之间的关系，也 可以有效地减小实验误差，确定并排除实验中 测得的一些错误数据 在探究加速度与力的关系的实验中，以加 速度a为纵坐标，力F为横坐标，根据各组数据 在坐标系中描点如果这些点在一条过原点的 直线上，说明a与F成正比 一、对实验原理与操作要求的考查 问题：本实验中，有哪些注意事项？ 解答：实验中需注意的事项： (1)平衡摩擦力时不要挂重物，整个实验平 衡了摩擦力后，不管以后是改变托盘和砝码(小 砂桶和砂)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)平衡摩擦力后，每次实验必须在满足小 车和所加砝码的总质量远大于砝码和托盘(小砂 桶和砂)的总质量的条件下进行只有如此，砝 码和托盘的总重力才可视为与小车受到的拉力 相等 (3)小车应靠近打点计时器且先接通电源再 释放小车 (4)作图象时，要使尽可能多的点分布在所 作直线上，不在直线上的点应尽可能均匀地分 布在所作直线两侧离直线较远的点是错误数 据，可舍去不予考虑 例1：在“探究加速度与力、质量的关系” 实验中，采用如图352所示的实验装置 ，小车及车中砝码的质量用M表示，盘及盘 中砝码的质量用m表示，小车的加速度可由 小车后拖动的纸带由打点计时器打上的点计 算出 (1)当M与m的大小关系满足_时， 才可以认为绳对 小车的拉力大小等于盘及盘中 砝码的重力 (2)一组同学在做“加速度与质量的关系”实 验时，保持盘及盘中砝码的质量一定，改变小 车及车中砝码的质量，测出相应的加速度，采 用图象法处理数据为了比较容易地确定出加速 度a与质量M的关系，应该作a与_的图 象 (3)如图353(a)为甲同学根据测量数据作出 的aF图线，说明实验存在的问题是_ (4)乙、丙同学用同一装置做实验，画出了各自 得到的aF图线如图(b)所示，两个同学做实验时 的哪一个物理量取值不同？_. 解析：(1)当Mm时，才可以认为绳对小车 的拉力大小等于盘及盘中砝码的重力 (2)因由实验画的aM图象是一条曲线，难 以判定它所对应的函数式，从而难以确定a与M 的定量关系，所以在实验中应作a 图象而不 是aM图象来分析实验结果 (3)图(a)甲同学根据测量数据作出的aF图 线没有过原点，图象交于F轴上一点，说明没有 平衡摩擦力或平衡摩擦力不够 (4)乙、丙同学用同一装置做实验，画出 了各自得到的aF图线，两图象的斜率不同 ，说明两个同学做实验时的小车及车上砝码 的总质量不同 点评：在实验中要平衡摩擦力，如果摩擦 力平衡不好会对实验结果产生影响，会使a F图线不过原点：摩擦力平衡不足，图线与F 轴相交；摩擦力平衡过大，图线与a轴相交 在实验中要求所挂砝码的质量要远小于车的 质量，如果这一条件不满足将会出现图线弯 曲 二、实验数据处理和误差分析 问题 ：该实验中可能存在哪些误差，怎 样改进？ 解答: (1)质量的测量误差、纸带上打点 计时器打点间隔距离的测量误差，拉线或纸 带不与木板平行等都会造成误差 (2)因实验原理不完善造成误差：本实验中用小 盘及砝码(小砂桶和砂)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及砝码(小砂 桶和砂)的总重力，存在系统误差小盘及砝码(小 砂桶和砂)的总质量越接近小车的质量，误差就越大 ；反之，小盘及砝码(小砂桶和砂)的总质量越小于 小车的质量，误差就越小 (3)平衡摩擦力不准造成误差：在平衡摩擦力时 ，除了不挂小盘外，其他的都跟正式实验一样(比如 要挂好纸带、接通打点计时器)，匀速运动的标志是 打点计时器打出的纸带上点的距离相等 例2：测定木块与长木板之间的动摩擦因数 时，采用如图354所示的装置，图中长木板 水平固定 (1)实验过 程中，电火花计时器应接在 _选填“直流”或“交流(50Hz)”电源 上调整定滑轮高度，使_ (2)已知重力加速度为g，测得木块的质量为 M，砝码盘和砝码的总质量为m，木块的加速度 为a，则木块与长木板间动摩擦因数 _. (3)如图355为木块在水平木板上带动 纸带运动打出的一条纸带的一部分，0、1、2 、3、4、5、6为计数点，相邻两计数点间还 有4个打点未画出从纸带上测出x13.20cm， x24.52cm，x58.42cm，x69.70cm.则木块 加速度大小a_m/s2(保留两位有效 数字) 1.图356是某同学利用教材提供的方案进行 实验时 ，正要打开夹子时的情况指出该同学 的几个错误 解析：未平衡摩擦力应用交流电源 拉小车的细线应与木板平行小车应靠近打 点计时器打点计时器应置于木板右端 2.某两个同学用图357所示的装置( 图中A为小车，B为带滑轮的长木板，C为 水平桌面)，分别在“探究加速度与外力间的 关系”实验中，各自得到的图象如图358 中甲和乙所示，则出现此种现象的原因甲是 平衡摩擦力时，木板倾角过大 ，乙是 平衡摩擦力时，木板倾角太小 . 答案：平衡摩擦力时，木板倾角过大 平衡摩擦力时，木板倾角太小 3.(2010盐城调研)探究小车加速度与外力、 质量关系的实验装置如图351所示 (1)把带有滑轮的长木板右端垫高，在没 有牵引力的情况下让小车拖着纸带以一定的 初速度沿木板运动，打点计时器在纸带打出 一行小点