高考核动力高考物理一轮复习 3.4实验四 探究加速度与力、质量的关系课件.ppt

第4单元实验四 探究加速度与力 质量的关系 读一读 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误差 以小车 小盘和砝码整体为研究对象得mg m m a 以小车为研究对象得f ma 求得 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 小盘和砝码的总质量越小于小车的质量 由此引起的误差就越小 因此 满足小盘和砝码的总质量远小于小车的质量的目的就是减小因实验原理不完善而引起的误差 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 2012 安徽卷 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 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 答案 1 b 2 c 3 0 42 某组同学设计了 探究加速度a与物体所受合力f及质量m的关系 实验 图1甲为实验装置简图 a为小车 b为电火花计时器 c为装有细砂的小桶 d为一端带有定滑轮的长方形木板 实验中认为细绳对小车拉力f等于细砂和小桶的总重量 小车运动的加速度a可用纸带上打出的点求得 1 图1乙为某次实验得到的纸带 已知实验所用电源的频率为50hz 根据纸带可求出电火花计时器打b点时的速度为 m s 小车的加速度大小为 m s2 结果均保留两位有效数字 图1 2 在 探究加速度a与质量m的关系 时 某同学按照自己的方案将实验数据都在坐标系中进行了标注 但尚未完成图象 如图2甲所示 请继续帮助该同学作出坐标系中的图象 3 在 探究加速度a与合力f的关系 时 该同学根据实验数据作出了加速度a与合力f的图线如图2乙所示 该图线不通过坐标原点 试分析图线不通过坐标原点的原因 答 图2 2 将坐标系中各点连成一条直线 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的两侧 离直线较远的点应视为错误数据 不予考虑 连线如图所示 3 图线与横轴有截距 说明实验前没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够 答案 1 1 63 2 2 见解析 3 实验前没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够 拓展创新实验 探究高考命题视角以本实验为背景 通过改变实验条件 实验仪器设置题目 不脱离教材而又不拘泥教材 体现开放性 探究性 设计性等特点 视角1实验器材的改进 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实验方案的改进用气垫导轨和两个光电门来完成此实验视角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在用dis研究小车加速度与外力的关系时 某实验小组采用如图甲所示的实验装置 重物通过滑轮用细线拉小车 位移传感器 发射器 随小车一起沿倾斜轨道运动 位移传感器 接收器 固定在轨道一端 实验中把重物的重力作为拉力f 改变重物重力重复实验四次 列表记录四组数据 1 实验中使用位移传感器和计算机 可以便捷地获取信息和处理信息 所获取的信息是 2 在如图坐标纸上作出小车加速度a和拉力f的关系图线 3 从所得图线分析该实验小组在操作过程中的不当之处是 4 如果实验时 在小车和重物之间接一个不计质量的微型力传感器 如图乙所示 并以力传感器示数表示拉力f 从理论上分析 该实验图线的斜率将 填 变大 变小 或 不变 解析 作出图线是一条直线 但没有通过坐标原点 有纵截距 说明不挂重物时就有加速度 这说明轨道倾角过大 小车的重力沿轨道的分力大于小车受到的摩擦力 平衡摩擦力时 木板的倾角过大 如果接上力传感器 其示数将小于重物的重力 同样的加速度 对应的横坐标变小 从而图线斜率要变大 答案 1 在连续相等时间内的小车位移 2 如图所示 3 截距过大 平衡摩擦力时 木板的倾角过大 4 变大 学以致用 1 某同学为验证牛顿第二定律中 力与加速度 的关系 采用光电门系统来代替位移和时间测量工具 实验装置如图所示 光滑导轨水平放置 细线绕过可转动的圆形光栅连接小车与重物 重物质量远小于小车质量 挡板可以在小车到达的时候使小车停下并粘住 光电门在每次有红外线通过光栅时会记下1次信号 如图所示 圆形光栅每转过1圈将会记下10次信号 不计一切摩擦 每次都将小车由静止释放 在小车停止后 记下重物质量m 信号次数n 小车运动时间t 2 2013 全国新课标卷 22 下图为测量物块与水平桌面之间动摩擦因数的实验装置示意图 实验步骤如下 用天平测量物块和遮光片的总质量m 重物的质量m 用游标卡尺测量遮光片的宽度d 用米尺测量两光电门之间的距离s 调整轻滑轮 使细线水平 让物块从光电门a的左侧由静止释放 用数字毫秒计分别测出遮光片经过光电门a和光电门b所用的时间 ta和 tb 求出加速度a 模拟题组 1 2015 中山高三模拟 在 验证牛顿第二定律 的实验中 以下做法正确的是 a 平衡摩擦力时 应将小盘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 再接通打点计时器的电源d 求小车运动的加速度时 可用天平测出小盘和砝码的质量 m 和m 以及小车质量m 直接用公式a g求出 解析 平衡摩擦力时 不能给小车任何牵引力 a错 由mgsin mgcos 小车质量能约去 故b对 实验时 要先接通电源 再放开小车 c错 此实验是验证牛顿第二定律 而不是应用牛顿第二定律 d错 答案 b 2 2015 长沙二中高三上学期期中 用图a所示的实验装置验证牛顿第二定律 1 某同学通过实验得到如图b所示的a f图象 造成这一结果的原因是在平衡摩擦力时 图中a0表示的是 时小车的加速度 2 某同学得到如图c所示的纸带 已知打点计时器电源频率为50hz a b c d e f g是纸带上7个连续的点 x xdg xad cm 由此可算出小车的加速度a m s2 保留2位有效数字 解析 1 a f图象的纵轴截距不为零是因为平衡摩擦力过度 即长木板的倾角过大造成的 a f图象的纵轴截距a0表示的是未挂砂桶时小车的加速度 2 x xdg xad 3 90cm 2 10cm 1 80cm 由 x xdg xad a 3t 2 解得a 5 0m s2 答案 1 长木板的倾角过大未挂砂桶 2 1 805 0 3 2015 太原高三质量检测 某同学做 探究物体加速度与物体质量 受力之间的关系 实验 1 实验时该同学想用砂和砂桶的总重力表示小车所受到的合外力 为了减小实验误差 需要满足一个重要条件和进行一步重要操作 它们是 和 砂和砂桶的总质量用m表示 小车的质量用m表示 2 该同学利用某次实验得到的数据作出了a 图象如图所示 由图线可求得小车所受合外力为 n 保留2位有效数字 答案 1 m m平衡摩擦力 2 0 30 高考题组 4 2013 四川卷 8 2 如图甲所示 某组同学借用 探究a与f m之间的定量关系 的相关实验思想 原理及操作 进行 研究合外力做功和动能变化的关系 的实验 1 为达到平衡阻力的目的 取下细绳及托盘 通过调整垫片的位置 改变长木板倾斜程度 根据打出的纸带判断小车是否做 运动 2 连接细绳及托盘 放入砝码 通过实验得到图乙所示的纸带 纸带上o为小车运动起始时刻所打的点 选取时间间隔为0 1s的相邻计数点a b c d e f g 实验时小车所受拉力为0 2n 小车的质量为0 2kg 请计算小车所受合外力做的功w和小车动能的变化 ek 补填表中空格 结果保留至小数点后第四位 分析上述数据可知 在实验误差允许的范围内w ek 与理论推导结果一致 3 实验前已测得托盘质量为7 7 10 3kg 实验时该组同学放入托盘中的砝码质量应为 kg g取9 8m s2 结果保留至小数点后第三位 答案 1 匀速直线 或匀速 2 0 11150 1105 3 0 015 5 2014 全国新课标卷 22 某同学利用图 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 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