高中物理 第四章 牛顿运动定律 4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系课件 新人教版必修1(1).ppt

第2节实验 探究加速度与力 质量的关系 一 实验目的1 学会用控制变量法探究物理规律 2 探究加速度与力 质量的关系 3 掌握利用图象处理数据的方法 二 实验原理采用控制变量法 在探究加速度与力 质量三者关系时 先让其中一个量保持不变来探究其他两个量之间的关系 1 控制小车的质量m不变 分析加速度a与力f的关系 2 控制砝码和小盘的质量不变 即力f不变 改变小车的质量m 分析加速度a与m的关系 三 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 小盘 重物 夹子 细绳 交流电源 导线 天平 带有一套砝码 刻度尺 四 实验步骤1 测质量 用天平测量小盘的质量m0和小车的质量m0 2 安装器材 按如图所示将实验器材安装好 小车上不系绳 3 平衡摩擦力 把木板无滑轮的一端下面垫一薄木板 反复移动其位置 使小车在不挂小盘和砝码的情况下 能沿木板做匀速直线运动 纸带上相邻点的间距相等 4 测a f 1 把小车停在打点计时器处 挂上小盘和砝码 先接通电源 再让小车拖着纸带在木板上匀加速下滑 打出一条纸带 纸带记录了小车的运动情况 取下纸带并在纸带上标上号码及此时所挂小盘和砝码的总重力mg 2 保持小车的质量不变 改变小盘中砝码的质量 重复步骤 1 多做几次实验 并记录好相应纸带的编号及所挂小盘和砝码的总重力m2g m3g 3 实验结论 1 保持物体质量不变时 物体的加速度a与所受力f成正比 2 在力f不变时 物体的加速度a与质量m成反比 六 误差分析1 系统误差 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 小盘和砝码的总质量越接近于小车的质量 误差越大 反之 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为了减小因实验原理不完善而引起的误差 2 偶然误差 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 七 注意事项1 平衡摩擦力时不要挂重物 整个实验平衡了摩擦力后 不管以后是改变小盘和砝码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 实验中必须满足小车和砝码的总质量远大于小盘和砝码的总质量 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 作图象时 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所作直线两侧 预习完成后 请把你疑惑的问题记录在下面的表格中 要点一实验原理和实验方法 例1 在 探究加速度与力 质量的关系 的实验中 渗透了研究问题的多种科学方法 1 实验环境的等效法 2 实验条件设计的科学方法 3 实验原理的简化 即当小车质量m车 m沙时 细绳对小车的拉力大小近似等于沙及桶的总重力m沙g 答案 1 平衡摩擦力法 2 控制变量法 3 近似法 4 图象法 5 化曲为直法 要点二数据处理和误差分析 例2 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的关系的实验 如图1所示 图甲为实验装置简图 交流电的频率为50hz 1 图乙为某次实验得到的纸带 根据纸带可求出小车的加速度大小为 m s2 保留两位有效数字 图1 3 保持小车质量不变 改变沙和沙桶质量 该同学根据实验数据作出了加速度a随合力f变化的图线 如图2所示 该图线不通过原点 请你分析其主要原因是 图2 思路点拨解答本题时可按以下思路进行分析 3 由图可分析 当加速度a为零时 拉力f并不为零 说明实验前没有平衡摩擦力或者未完全平衡摩擦力 答案见解析 实验数据的处理方法 图象法 化曲为直 法 1 研究加速度a和力f的关系以加速度a为纵坐标 力f为横坐标 根据测量数据描点 然后作出图象 如图所示 若图象是一条通过原点的直线 就能说明a与f成正比 要点三创新方案设计 例3 两个相同的小车并排放在光滑水平桌面上 小车前端系上细线 线的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘 盘里分别放有不同质量的砝码 图3甲 小车所受的水平拉力f的大小可以认为等于砝码 包括砝码盘 所受的重力大小 小车后端也系有细线 用一只夹子夹住两根细线 图乙 控制两辆小车同时开始运动和结束运动 图3 解析实验过程中 当两小车质量相同时 砝码 包括砝码盘 重力越大 相同时间内位移越大 则加速度越大 进行实验时会发现 加速度与所受拉力成正比 若砝码重力不变 即拉力不变时 质量越大的小车 相同时间内位移越小 即加速度越小 进行测量分析知 加速度与质量成反比 如果砝码 包括砝码盘 的重力g远小于小车的重力mg时 g近似等于拉力f 答案加速度与拉力成正比加速度与质量成反比g mg 1 控制变量法 当研究多个物理量的变化规律时 为了简便 可设计保持其他物理量不变 只研究剩余两个变化物理量的关系 这种方法叫做控制变量法 两个相同的小车放在光滑水平面上 前端各系一条细绳 绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘 盘中各放数目不等的砝码 就可以验证质量一定的条件下 加速度与力的关系 2 对比实