高中物理 5.2 探究加速度与力、质量的关系课件 沪科版必修1.ppt

第2课时探究加速度与力 质量的关系 课前自主学习 1 加速度与力的关系 1 基本思路保持物体的 不变 测量物体在不同的力的作用下的 分析 与 的关系 2 实验数据的分析设计一个表格 把同一物体在不同力作用下的加速度填在表中 为了更直观地判断加速度a与力的数量关系 以 为纵坐标 为横坐标 根据各组数据在坐标系中 若这些点在一条过原点的 说明a与f成正比 知识梳理 质量 加速度 加速度 力 a f 描点 直线上 2 加速度与质量的关系 1 基本思路保持物体所受的力相同 测量不同 的物体在该力作用下的 分析 与 的关系 2 实验数据的分析设计第二个表格 把不同物体在 力的作用下的加速度填在表中 在相同力的作用下 质量m越大 加速度a越小 这可能是 但也可能是 甚至是更复杂的关系 如果以 为纵坐标 为横坐标建立坐标系 根据a 图像是不是 就能判断加速度a是不是与质量m成反比 质量 加速度 加速度 质量 相同 a与m成反比 a与m2成反比 a 过原点的直线 3 制定实验方案的两个问题这个实验需要测量的物理量有 物体的加速度 物体所受的力 物体的质量 可以用天平测量 本实验需要解决的主要问题是怎样测量 和怎样提供给测量 质量 加速度 物体所受的恒力 1 在本实验中 下列做法和理由正确的是 a 实验中所用电源为低压直流电源b 可以将装有砂子的小桶用钩码代替 这样会使实验更加方便c 实验结果不用a m图像 而且a 1 m图像 是为了便于根据图像直观地作出判断d 小车运动的加速度可用天平测出小桶和砂的质量 m 和m 以及小车质量m后直接用公式a m m g m求出a 基础自测 解析 打点计时器需要低压交流电源 所以a错误 若用钩码代替装有砂子的小桶进行实验 由于钩码的质量太大 不利于进行调节拉力的大小 故b错误 用a 1 m图像进行验证 这样能更直观地对问题进行判断 所以c正确 本实验是探究a与f m的关系 直接运用牛顿第二定律a f m求出a是不对的 这是一种逻辑错误 答案 c 2 在探究 加速度与力 质量的关系 的实验中 下列说法中正确的是 a 为了减小实验误差 悬挂物的质量应远小于小车和砝码的质量b 为了减小小车 纸带受到的摩擦力对实验的影响 需把小车运动平板的起始端略垫高些c 实验结果采用描点法画图像 是为了减小误差答案 abcd 3 在 探究加速度与力 质量的关系 的实验中 关于平衡摩擦力的说法中正确的是 a 平衡摩擦力 的本质就是想法让小车受到的摩擦力为零b 平衡摩擦力 的本质就是使小车所受的重力的下滑分力与所受到的摩擦阻力相平衡c 平衡摩擦力 的目的就是要使小车所受的合力等于所挂钩码通过细绳对小车施加的拉力d 平衡摩擦力 时应将小车在钩码通过细绳和滑轮而拉动运动过程中进行调整 e 平衡摩擦力 是否成功 可由小车拖动而由打点计时器打出的纸带上的点迹间距是否均匀而确定解析 在小车的运动过程中受到的摩擦阻力是永恒存在 无法使之为零的 故a选项错误 平衡摩擦力的实质就是让小车轨道具有合适的倾角而成为一个斜面 从而使小车所受的重力的下滑分力 mgsin 与摩擦阻力ff相平衡 进而使小车所受的合力就等于所挂的钩码通过细绳和滑轮对小车施加的拉力 故b c两选项正确 平衡摩擦力时必须在不挂钩码时 让小车拖动纸带自由运动时进行调整 即调整轨道斜面倾角 直至所打出的纸带上的点迹间距均匀分布为止 故e选项正确而d选项错误 答案 bce 4 已知物体的加速度a与物体的受力f及物体的质量m满足关系式a f a 在光滑的水平面上有一质量为m的物体受到水平力f作用 在t时间内由静止开始移动了s距离 今要使距离变为4s 可采用以下哪些方法 a 将水平恒力增为4fc 将作用时间增为4td 将作用时间增为2t答案 abd 5 在 探究牛顿第二定律 的实验中 为了探究滑块质量m0不变时 加速度与外力f的定量关系 砝码质量m和滑块质量m0分别选取下列四组值 a m0 500g m分别为50g 70g 100g 125gb m0 500g m分别为20g 30g 40g 50gc m0 200g m分别为50g 75g 100g 125gd m0 200g m分别为30g 40g 50g 60g若其他操作都正确 那么在选用 组值测量时所画出的a f图线较准确 解析 探究滑块质量m0不变时 加速度与外力f的定量关系 是用砝码的重力代替对滑块的拉力 为了减小实验误差 应使m0 m 为此选b组值误差较小 答案 b 6 用如图5 2 1所示装置 探究 加速度与力 质量的关系 的活动中 图5 2 1 1 某同学在接通电源进行实验之前 将实验器材组装如图所示 请你指出该装置中错误或不妥之处 2 改正实验装置后 该同学顺利地完成了实验 图5 2 2是他在实验中得到的一条纸带 图中相邻两计数点之间的时间间隔为0 1s 由图中的数据可算得小车的加速度a为 m s2 图5 2 2 解析 1 打点计时器必须使用交流电源 不能使用干电池 为保证细绳对小车的拉力作为小车受的合外力 实验前必须平衡摩擦力 该装置却没有平衡摩擦力 为了在纸带上打下更多的点 实验时小车的初始位置离打点计时器不可太远 2 加速度可用逐差法求出 答案 1 打点计时器不应使用干电池 应使用交流电源 实验中没有平衡小车的摩擦力 小车初始位置离打点计时器太远 2 0 195 7 探究加速度与力 质量的关系实验中小盘和砝码的总质量m和车与砝码的总质量m间必须满足的条件是 实验中打出的纸带如图5 2 3所示 相邻计数点间的时间间隔为0 1s 图中长度单位是cm 由此可计算出小车运动的加速度是 m s2 图5 2 3答案 m m0 46 课堂互动探究 瞬时速度 实验目的1 学会用控制变量法研究物理规律 体会实验的精髓在于 控制 2 学会灵活运用图像处理物理问题的方法 3 探究加速度与力 质量的关系 实验原理本实验共有f m a三个参量 研究加速度a与f及m的关系时 我们先控制一个参量 小车的质量m不变 讨论a与f的关系 再控制小桶和砂子的质量不变 即f不变 改变小车质量m 讨论a与m的关系 实验器材打点计时器 纸带 复写纸片 小车 一端附有定滑轮的长木板 小桶 砂子 夹子 细绳 低压交流电源 导线 天平 带有一套砝码 刻度尺 实验步骤1 用天平测出小车和小桶的质量m和m 把数值记录下来 2 按图5 2 4所示把实验器材安装好 只是不把悬挂小桶的细绳系在小车上 即不给小车加牵引力 图5 2 4 3 平衡摩擦力 在长木板的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 直至小车在斜面上运动时保持匀速运动状态 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滑轮悬挂小桶 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 在小桶内放入质量为m 的砂 重复步骤4 在小桶内分别放入质量为m m 的砂 再重复4 m m m 的数值都要记录在纸带上 或表格内 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a 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 若这些点在一条直线上 便证明了加速度与作用力成正比 8 保持砂和小桶的质量不变 在小车上依次加砝码 也需作好记录 重复上述步骤4和步骤6 用纵坐标表示加速度a 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 如果这些点是在一条直线上 就证明加速度与质量成反比 数据处理1 把小车在不同力作用下产生的加速度填在下表中 由以上数据画出它的a f关系图像如图5 2 5所示 通过a f关系图像 我们可以得出小车的加速度a与力f成正比 图5 2 5 2 把不同质量的小车在相同力作用下产生的加速度填在下表中 图5 2 6 误差分析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 本实验中用砂和小桶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砂和小桶的总重力 存在系统误差 砂和小桶的总质量越接近小车的质量 误差就越大 反之 砂和小桶的总质量越小于小车的质量 误差就越小 3 平衡摩擦力不准会造成误差 在平衡摩擦力时 除了不挂小桶外 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 注意事项1 整个实验平衡了摩擦力后 不管以后是改变砂和小桶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 2 每条纸带必须在满足小车与车上所加砝码的总质量远大于砂和小桶的总质量的条件下打出的 只有如此 砂和小桶的总重力才可视为小车受到的拉力 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 对打出的纸带应及时编号 使之与小车的质量 拉力相对应 以免出错 5 各纸带上的加速度a 都应是该纸带上的平均加速度 6 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直线两侧 例1 在利用打点计时器探究加速度与力 质量的关系的实验中 以下做法正确的是 a 平衡摩擦力时 应将重物用细绳通过定滑轮系在小车上b 每次改变小车的质量时 不需要重新平衡摩擦力c 实验时 先放开小车 后接通电源d 重物的质量远小于小车的质量 这一条件如不满足 对探究过程也不会产生影响 解析 平衡摩擦力不应挂重物 a错 实验时 应先接通电源后 再放开小车 c错 如果重物的质量不能远小于小车的质量 重物的重力就不能近似看成细绳对小车的拉力 产生的误差就很大 d错 答案 b 题后反思 1 打点计时器的规范操作要求实验时 应先接通电源 待打点计时器工作稳定后再放开小车 如果先放开小车 就不能保证打出合格的纸带 2 提供恒定合外力的条件实验要求重物的质量远小于小车的质量 因为只有这样 重物的重力才近似等于细绳对小车的拉力 在 探究加速度与力 质量的关系 实验中 下列说法中正确的是 a 平衡摩擦力时 托盘应用细线通过定滑轮系在小车上 但托盘内不能装砝码b 实验中无需始终保持小车和砝码的总质量远远大于托盘和砝码的质量c 实验中如用纵坐标表示加速度 用横坐标表示小车和车内砝码的总质量 描出相应的点在一条直线上时 即可证明加速度与质量成反比d 平衡摩擦力时 小车后面的纸带必须连好 因为运动过程中纸带也要受阻力 解析 平衡摩擦力时 不应挂托盘 但应带纸带运动 所以a错 d对 实验中要求始终保持小车和砝码的质量远远大于托盘和砝码的质量 所以b不正确 同时c也不正确 答案 d 例2 在 探究加速度与力 质量的关系 实验中 若测得某一物体m一定时 a与f的关系的有关数据资料如下表 1 根据表中数据 画出a f图像 2 从图像可以判定 当m一定时 a与f的关系为 解析 若a与f成正比 则图像是一条过原点的直线 同时因实验中不可避免地出现误差 研究误差产生的原因 从而减小误差 增大实验的准确性 则在误差范围内图线是一条过原点的直线即可 连线时应使直线过尽可能多的点 不在直线上的点应大致对称分布在直线两侧 离直线较远的点应视为错误数据 不予考虑 答案 1 a f图像如图所示 2 正比关系 题后反思 利用图像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像 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 例3 在探究加速度与力 质量关系的实验中 若测得某一物体受力f一定时 a与m的关系数据如表所示 答案 1 如解析图 2 反比 题后反思 1 作图线时 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地分布在所作直线两侧 例4 某同学设计了一个探究加速度a与物体所受合力f及质量m关系的实验 如图5 2 7所示 图甲为实验装置简图 交流电的频率为50hz 综合 拓展 提高 图5 2 7 1 图乙为某次实验得到的纸带 根据纸