高考物理大一轮复习 实验四 探究加速度与力、质量的关系课件 沪科版.ppt

实验四探究加速度与力 质量的关系 注意事项1 实验方法 控制变量法 2 平衡摩擦力 在平衡摩擦力时 不要悬挂小盘 但小车应连着纸带且接通电源 用手给小车一个初速度 如果在纸带上打出的点的间隔是均匀的 表明小车受到的阻力跟它的重力沿斜面向下的分力平衡 3 不重复平衡摩擦力 平衡了摩擦力后 不管以后是改变小盘和砝码的总质量还是改变小车和砝码的总质量 都不需要重新平衡摩擦力 4 实验条件 m m只有如此 小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力 5 一先一后一按住 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 后放开小车 且应在小车到达滑轮前按住小车 6 作图 作图时两轴标度比例要适当 各量须采用国际单位 这样作图线时 坐标点间距不至于过密 误差会小些 误差分析1 因实验原理不完善引起的误差 本实验用小盘和砝码的总重力mg代替小车的拉力 而实际上小车所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力 2 摩擦力平衡不准确 质量测量不准确 计数点间距测量不准确 纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差 热点一实验原理与基本操作 例1 图1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 图1 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 填正确答案标号 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 填正确答案标号 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2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 结果保留两位有效数字 图2 解析 1 小车在运动过程中受到重力 支持力 纸带的拉力 木板对小车的摩擦力和细线拉力的作用 为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合力 因此应把木板的一端垫起适当的高度 以使重力 支持力 纸带的拉力和摩擦力的合力为零 即小车做匀速运动 因此在进行这一操作时 不应挂砂桶 小车应连接纸带 a c项错误 b项正确 2 由于绳子的拉力不易测量 本实验中用砂和砂桶的总重力来代替绳的拉力 而砂桶做加速运动 设加速度大小为a 则t m g a 当砂桶的加速度很小时 t近似等于mg 因此实验中应控制实验条件 使砂桶的加速度很小 只有当小车的质量远大于砂和砂桶的总质量时 小车和砂桶的加速度才很小 绳的拉力才近似等于砂和砂桶的总重力 c项正确 变式训练 1 如图3所示 为某同学安装的 验证牛顿第二定律 的实验装置 在小车的前端固定一个传感器 和砂桶连接的细线接在传感器上 通过传感器可显示出细线的拉力 在图示状态下开始做实验 图3 1 从图上可以看出 该同学在装置和操作中的主要错误是 2 若砂和砂桶的质量为m 小车和传感器的总重量为m 做好此实验 填 需要 或 不需要 m m的条件 解析 2 不加传感器时将砂和砂桶的重力作为细线的拉力 而接了传感器后细线的拉力可以直接读出 答案 1 未平衡摩擦力 细线与木板不平行 开始实验时 小车离打点计时器太远 2 不需要 热点二实验数据处理与误差分析 例2 2014 新课标全国卷 22 某同学利用图4 a 所示实验装置及数字化信息系统获得了小车加速度a与钩码的质量m的对应关系图 如图 b 所示 实验中小车 含发射器 的质量为200g 实验时选择了不可伸长的轻质细绳和轻定滑轮 小车的加速度由位移传感器及与之相连的计算机得到 回答下列问题 图4 1 根据该同学的结果 小车的加速度与钩码的质量成 填 线性 或 非线性 关系 2 由图 b 可知 a m图线不经过原点 可能的原因是 3 若利用本实验装置来验证 在小车质量不变的情况下 小车的加速度与作用力成正比 的结论 并直接以钩码所受重力mg作为小车受到的合外力 则实验中应采取的改进措施是 钩码的质量应满足的条件是 解析 1 把图 b 中的点用平滑线连接后 可以看出 a m图线是曲线即非线性 2 由图像可知 当拉力一定时 加速度不等0 所以除拉力外小车还受到摩擦力的作用 3 改进要求 第一图线不过原点 要平衡摩擦力 所以调整轨道的倾斜度 第二 要使小车受到合外力等于钩码的重力 要求钩码质量不能太大 即远小于小车的质量 答案 1 非线性 2 存在摩擦力 3 调整轨道倾斜度以平衡摩擦力远小于小车质量 变式训练 2 在探究小车的加速度a与小车质量m和小车受到的外力f的关系时 1 探究加速度和力的关系的实验数据描绘出的a f图像如图5所示 下列说法正确的是 填正确答案标号 图5 a 三条倾斜的直线所对应的小车的质量相等b 三条倾斜的直线所对应的小车的质量不同c 直线1所对应的小车的质量最大d 直线3所对应的小车的质量最大 2 由于没有始终满足小车的质量m远大于钩码的质量m的关系 结果得到的图像应是下图中的 填正确答案标号 解析 1 a f关系图线的斜率表示质量的倒数 三条图线的斜率不等 表明三条倾斜的直线所对应的小车的质量不同 直线3的斜率最小 对应的小车的质量最大 在没有始终满足小车的质量m远大于钩码的质量m的前提下研究a f的关系 所画图线也应是一条向下弯曲的曲线 故b错误 答案 1 bd 2 d 视角2数据处理方法的改进小车的加速度可以利用传感器 借助于计算机来处理视角3实验方案的改进 1 用气垫导轨和两个光电门来完成此实验 2 实验方法的改进视角4以本实验为背景 结合牛顿第二定律 测量两接触面间的动摩擦因数 例3 某同学用图6所示的装置来验证加速度和质量成反比 在自制的双层架子上固定平板玻璃 架子放在水平桌面上 连接小车的细绳跨过定滑轮与小桶相连 实验步骤如下 图6 在两个小桶中装入适量细沙 并使两桶质量 含沙子 相同 两车紧靠架子左边的挡板 在乙车上放一个砝码 同时释放两车 当车运动一段时间后 用手机对整个装置进行拍照 在照片上 通过装置上的刻度尺 测出甲 乙两车运动的距离s1 s2 在乙车上逐渐增加砝码个数 重复步骤 变式训练 3 如图7甲所示是某同学探究加速度与力的关系的实验装置 他在气垫导轨上安装了一个光电门b 在滑块上固定一遮光条 滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连 力传感器可测得细线上的拉力大小 力传感器下方悬挂钩码 每次滑块都从a处由静止释放 1 该同学用游标卡尺测量遮光条的宽度d 如图乙所示 则d mm 图7 2 下列不必要的一项实验要求是 填正确答案标号 a 应使a位置与光电门间的距离适当大些b 应将气垫导轨调节水平c 应使细线与气垫导轨平行d 应使滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量 3 实验时 将滑块从a位置由静止释放 由数字计时器读出遮光条通过光电门b的时间t 若要得到滑块的加速度 还需要测量的物理量是 解析 1 游标卡尺读数等于固定刻度读数加上可动刻度读数 由图知第5条刻度线与主尺对