江苏省高考物理大一轮复习（自主学习+考点突破+随堂验收）实验三 加速度与物体质量、物体受力的关系课件.pptVIP

第三章牛顿运动定律 实验三 加速度与物体质量 物体受力的关系 1 理解实验原理 能设计实验方案 会处理实验数据 2 掌握控制变量法 会进行误差分析 1 实验目的 学会用控制变量法研究物理规律 探究加速度与力 质量的关系 掌握利用图象处理数据的方法 2 实验器材 纸带 复写纸 电火花计时器不用此器材 小车 一端附有 的长木板 小盘 夹子 细绳 交流电源 导线 天平 刻度尺 砝码 小木块 3 实验原理 采取 法 即先控制小车的质量m不变 探究加速度a与力f的关系 再控制小盘和砝码的质量不变 即力f不变 探究加速度a与小车质量m的关系 打点计时器 定滑轮 控制变量 4 实验装置 如图所示 5 实验步骤 1 用天平测量小盘质量m 和小车质量m 2 按照实验装置图把实验器材安装好 但不要把悬挂小盘的细绳系在小车上 即不给小车牵引力 3 平衡摩擦力 小车的尾部挂上纸带 纸带穿过打点计时器的限位孔 将木板无滑轮的一端用薄木块稍微垫高一些 使小车在不挂小盘和砝码的情况下 使小车 下滑 这样小车所受重力沿木板的分力与小车所受摩擦力平衡 在保证小盘和砝码的质量远小于小车质量的条件下 可以近似认为小盘和砝码的总重力大小等于小车所受的合外力的大小 匀速 4 小盘通过细绳绕过滑轮系于小车上 先 后 取下纸带编号码 5 保持小车质量m不变 改变砝码和小盘的质量m0 重复步骤 4 6 在每条纸带上选取一段比较理想的部分 测加速度a 7 描点作图 作a f图象 接通电源 放开小车 6 实验结论物体的加速度与合外力成 与质量成 7 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m0g代替小车的拉力 而实际上小车所受的拉力要 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 都会引起误差 反比 正比 小 平行 8 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 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 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 悬挂小盘 均匀 4 实验条件 m m0 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 改变拉力和小车质量后 每次开始时小车应尽量靠近 并应先 后 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 打点计时器 接通电源 放开小车 1 实验原理本实验利用盘和重物通过细线牵引小车做加速运动的方法研究加速度a与力f 质量m的关系 实验时采用控制变量法 共分两步研究 第一步保持小车的质量m不变 改变重物质量m0的大小 测出小车运动的加速度a 验证a与f的关系 第二步保持m0不变 改变m的大小 测出相应的a 验证a与m的关系 实验原理与实验操作 2 实验操作时的注意事项 1 在本实验中 必须平衡摩擦力 在平衡摩擦力时 不要把重物系在小车上 即不要给小车加任何牵引力 让小车拖着纸带运动 2 安装器材时 要调整滑轮的高度 使拴小车的细绳与斜面平行 且连接小车和盘应在平衡摩擦力之后 3 改变小车的质量或拉力的大小时 改变量应尽可能大一些 但应满足盘和重物的总质量远小于小车和车上砝码的总质量 盘和重物的总质量不要超过小车和车上砝码总质量的10 4 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 典题演示1 2016 泰州一模 为了 探究加速度与力 质量的关系 现提供如图甲所示的实验装置 甲 1 以下实验操作正确的是 a 将木板不带滑轮的一端适当垫高 使小车在砝码及砝码盘牵引下恰好做匀速运动b 调节滑轮的高度 使细线与木板平行c 先接通电源后释放小车d 实验中小车的加速度越大越好 bc 2 在实验中 得到一条如图乙所示的纸带 已知相邻计数点间的时间间隔为t 0 1s 且间距s1 s2 s3 s4 s5 s6已量出 则小车加速度a m s2 结果保留两位有效数字 乙 0 33 0 34 3 有一组同学保持小车及车中的砝码质量一定 探究加速度a与所受外力f的关系 他们在轨道水平和倾斜两种情况下分别做了实验 得到了两条af图线 如图丙所示 图线 填 或 是在轨道倾斜情况下得到的 小车及车中的砝码总质量m kg 丙 0 5 数据处理与误差分析 本实验用小盘和砝码的总重力m0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 3 平衡摩擦力不准造成误差 在平衡摩擦力时 除了不挂盘和重物外 其他的都应跟正式实验一样 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各点间的距离相等 典题演示2 2016 南通一模 某小组利用如图甲所示的装置验证牛顿第二定律 实验中 他们平衡了摩擦力 用天平测出小车的总质量 用细线所挂钩码的总重力代替小车所受的牵引力大小f 甲 1 他们还在实验时调节木板上定滑轮的高度 使牵引小车的细线与木板平行 这样做的目的是 a 避免小车在运动过程中发生抖动b 使打点计时器在纸带上打出的点迹清晰c 保证小车最终能够做匀速直线运动d 使细线拉力等于小车受到的合力 d 2 实验得到一条点迹清晰的纸带如图乙所示 o a b c d是在纸带上选取的计数点 相邻计数点间还有4个打的点未画出 ab cd间的距离分别为x1 x2 打点计时器的打点周期为t 则小车运动的加速度大小为 乙 丙 4 实验中画出的af图线与理论计算得到的图线 图中已画出 有明显偏差 其原因主要是 解析 1 平衡摩擦后 细线的拉力就是小车受到的合力 用所挂钩码的重力替代 如果细线不与木板平行 细线拉力就会影响小车对斜面的压力 从而引起摩擦力的变化 2 利用匀变速运动的判别式和逐差法x2 x1 2at2 时间间隔为t 5t 0 1s 3 4 不满足小车质量远大于所挂钩码质量时 钩码质量不能忽略 图象的斜率会随着钩码质量的增大而减小 不满足小车质量远大于所挂 钩码质量 探究物体加速度与质量的关系的实验中可以用气垫导轨来代替长木板 这样就省去了平衡小车摩擦力的麻烦 加速度是通过分析纸带求得的 力是用沙桶的重力近似得出的 如果能用别的方法 如传感器 间接或直接地测出加速度及力完成探究 就是创新设计 如果能利用打点计时器及本实验控制变量法的原理研究其他问题 也是创新 实验拓展与创新 这类问题 在考试中越来越多 常常就是 穿着实验外衣 的中等难度的推理 论证类题目 需引起重视 创新设计题的特点是 源于教材 又高于教材 题在书外 理在书中 分析方法是 首先要审清题意 猜测命题者意图 明确实验目的 然后联想和迁移应用相关实验原理即可求解 典题演示3 改编 某同学现要探究 当合外力一定时 物体运动的加速度与其质量的关系 实验器材有 一倾角可调 底端有缓冲装置的光滑长斜面 小车 时间传感器 刻度尺 弹簧测力计 钩码若干 实验设置如图甲所示 重力加速度为g 当小车从自斜面上方一固定点a1处释放的同时启动时间传感器 小车运动到斜面上另一固定点a2处时 时间传感器停止计时 并记录下小车从a1运动到a2的时间 实验步骤如下 甲 按图甲安装好实验器材 用刻度尺测出a1到a2之间的距离s 将小车至于a1处并用弹簧测力计沿斜面向上拉着小车并保持静止 读出此时的拉力f 让小车自a1处静止释放 小车通过a2后 记下时间传感器测得小车从a1运动到a2的时间 再将小车至于a1处 往小车中增加钩码 设所加钩码总质量为m 为保持小车与钩码的合外力f不变 可采用如下方法 用弹簧测力计沿着斜面拉着小车静止 将斜面的 直到弹簧测力计的读数为 为止 然后重复步骤 高度适当降低 f 多次往小车中增加钩码 然后重复步骤 利用实验中所测得的数据做出了如图乙所示的mt2图象 本实验中测得a1与a2之间的距离s 1 00m 那么根据该图象求得小车的质量m 小车所受的合外力大小为f 计算结果保留四位有效数字 完成上述步骤中所缺少的内容 0 50kg 1 428n 乙 典题演示4 原创 图甲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 已知物块的质量为m 200g 钩码的质量m 50g 实验步骤如下 甲 用天平测量物块和遮光片的总质量m 钩码的质量m 用游标卡尺测量遮光片的宽度d 用米尺测量出滑块在桌面上某点o与光电门之间的距离s 钩码到地面的高度大于o与光电门之间的距离 调整轻滑轮 使细线水平 让物块从光电门o点处静止释放 用数字毫秒计测出遮光片经过光电门时间 t 改变o点的位置 即改变物块与光电门之间的距离s 多次重复步骤 根据上述实验数据求出动摩擦因数 回答下列问题 1 测量d时 某次游标卡尺 主尺的最小分度为1mm 的示数如图乙所示 其读数为d cm 乙 1 000 0 200 丙 5 如果细线没有调整到水平 由此引起的误差属于 填 偶然误差 或 系统误差 系统误差 5 从来源看 误差分为系统误差和偶然误差两种 系统误差是由于仪器本身不精确 或实验方法粗略 或实验原理不完善而产生的 偶然误差是由各种偶然因素对实验者 测量仪器 被测物理量的影响而产生的 细线没有调整到水平引起的误差属于系统误差 1 2016 苏北四市一模 用图甲所示装置探究物体的加速度与力的关系 实验时保持小车 含车中重物 的质量m不变 细线下端悬挂钩码的总重力作为小车受到的合力f 用打点计时器测出小车运动的加速度a 甲 1 关于实验操作 下列说法中正确的是 a 实验前应调节滑轮高度 使滑轮和小车间的细线与木板平行b 平衡摩擦力时 在细线的下端悬挂钩码 使小车在线的拉力作用下能匀速下滑c 每次改变小车所受的拉力后都要重新平衡摩擦力d 实验时应先接通打点计时器电源 后释放小车 ad 2 图乙为实验中打出纸带的一部分 从比较清晰的点迹起 在纸带上标出连续的5个计数点a b c d e 相邻两个计数点之间都有4个点迹未标出 测出各计数点到a点间的距离 已知所用电源的频率为50hz 打b点时小车的速度v m s 小车的加速度a m s2 乙 0 316 0 32也算对 0 93 3 改变细线下端钩码的个数 得到af图象如图丙所示 造成图线上端弯曲的原因可能是 丙 随所挂钩码质量m的增大 不能满足m m 2 2014 徐州三模 如图甲所示是利用气垫导轨探究 在外力一定的条件下 物体加速度与质量的关系 的实验装置 实验步骤如下 甲 气垫导轨放在水平桌面上 并调至水平 用游标卡尺测出挡光条的宽度为l 由导轨上标尺读出两光电门中心之间的距离为s 将滑块移至光电门1左侧某处 待砝码静止不动后释放滑块 要求砝码落地前挡光条已通过光电门2 从数字计时器 图中未画出 上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间分别为 t1和 t2 用天平称出滑块和挡光条的总质量为m 改变滑块的质量重复步骤 进行多次实验 据上述实验完成下列问题 1 关于实验操作 下列说法中正确的是 a 应先接通光电门 后释放滑块b 调节气垫导轨水平时 应挂上砝码c 应调节定滑轮使细线和气垫导轨平行d 每次都应将滑块从同一位置静止释放 2 用测量物理量的字母表示滑块加速度a ac 2 5 2 3 2 7均可 乙 没有选取滑块和砝码一起作为研究对象 或m没有加上砝码和砝码盘的质量 3 2015 镇江一模 某同学在探究 质量一定时 物体的加速度与受力的关系 实验时 设计了如图甲所示的实验装置 实验过程中主要步骤如下 在水平放置的长木板上a b两点处各安装一个速度传感器 测出a b两点间距离l 将拉力传感器固定在小车的左端 把细线的一端固定在拉力传感器上 另一端通过定滑轮与钩码相连 将小车从速度传感器a的右侧无初速度释放 小车在细线的拉力作用下运动 通过拉力传感器和速度传感器记录细线拉力f的大小以及小车经过a b两点处的速率va vb 改变所挂钩码的数量 重复操作 测量多组数据 进行数据处理 画出如图乙所示的a f关系图线 1 小车加速度的表达式a 用va vb和l表示 2 理论上 小车的af图象是经过原点的一条直线 而本次实验得到的图线却如图乙所示 其中可能的原因是 长木板倾角过大 平衡摩擦力过度 3 在本实验中 下列不必要的实验要求是 a 要保持小车 含拉力传感器 的总质量不变b 要保证小车 含拉力传感器 的总质量远大于所挂钩码的总质量c 要测出所挂钩码的质量d 要保持细线方向与木板平面平行e 两个速度传感器间的距离要适当大些 bc 4 在处理数据时 某同学又记录了每次所挂钩码的总重力 并以它作为小车所受到的合力f 画出小车的af图象如图丙所示 则造成该图线上端发生弯曲的可能原因是 随着所挂钩码数的增加 小车及拉力传感器