高中物理 5.2.1 实验 探究加速度与力、质量的关系（探究导学课型）课件 鲁科版必修1.ppt

课时1探究加速度与力 质量的关系 一 实验目的1 用控制变量法探究加速度与力 质量的关系 2 学会利用图象分析实验数据 并能根据图象的分析解决物理问题 二 实验原理用控制变量法探究加速度与力 质量三者的关系 1 加速度与力的关系 保持物体的质量m不变 测量物体在不同力f的作用下的加速度a 分析a与f的关系 2 加速度与质量的关系 保持物体所受的力f不变 测量不同质量m的物体在恒力f作用下的加速度a 分析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 低压交流电源 导线 天平 带有一套砝码 刻度尺 四 实验过程1 实验步骤 1 用天平测出小车和重物的质量分别为m0 m0 并把数值记录下来 2 按图将实验器材安装好 小车上不系绳 3 平衡摩擦力 在长木板无定滑轮的一端下面垫一薄木板 反复移动其位置 直到打点计时器正常工作后不挂重物的小车在斜面上做匀速直线运动为止 纸带上相邻点间距相等 4 将重物通过细绳系在小车上 接通电源放开小车 用纸带记录小车的运动情况 取下纸带并在纸带上标上号码及此时所挂重物的质量m0 计算出重物的重力m0g 5 保持小车的质量不变 改变所挂重物的质量 从而改变拉力 重复步骤 4 多做几次实验 并记录好相应重物的质量 进而计算出重物的重力m1g m2g 6 保持小车所受合外力不变 在小车上加放砝码 并测出小车与所放砝码的总质量m1 接通电源 放开小车用纸带记录小车的运动情况 取下纸带并在纸带上标上号码 7 继续在小车上加放砝码 重复步骤 6 多做几次实验 在每次得到的纸带上标上号码并测出每次实验小车与所放砝码的总质量m2 m3 8 在每条纸带上都选取一段比较理想的部分 标明计数点 测量计数点之间的距离 算出每条纸带上加速度的值 表一 物体的质量一定 加速度与受力的关系 表二 物体受到的合外力一定 加速度与质量的关系 2 数据处理 1 物体的质量一定 分析加速度与力的关系以a为纵坐标 以f为横坐标建立坐标系 根据各组数据在坐标系中描点 利用图象找规律 如图所示 如果a f图线是一条过原点的直线 则可以得出结论 质量不变时 加速度与力成正比 2 物体的受力一定 分析加速度和质量的关系在相同力的作用下 质量m越大 加速度a越小 这可能是 a与m成反比 但也可能是 a与m2成反比 甚至更复杂的关系 从最简单的情况入手 检验 a与m成反比 在数据处理上要用到下面的技巧 a与m成反比 实际上就是 a与1 m成正比 如果以a为纵坐标 1 m为横坐标建立坐标系 根据图线是否是过原点的直线就能判断加速度是否与质量成反比 知识点拨 1 控制变量法 1 控制变量法是物理学上常用的研究方法 在研究三个物理量之间的关系时 先让其中一个物理量保持不变 研究另外两个物理量之间的关系 最后总结三个量之间的关系 2 我们在研究加速度与物体所受合外力 物体质量之间的关系时就采用控制变量法 可以通过猜想 假设 分析得出物体加速度与所受合外力及物体的质量有关 采用控制变量法分析相关物理量之间的关系时 实验变得简单 清晰 便于操作 2 求解加速度在实验中 要计算小车的加速度 我们是通过对纸带的处理得到的 对纸带的处理依据是物体做匀变速直线运动的规律 应用逐差法求解 例如当时间分为六段时 3 注意事项 1 牵引小车的砝码应该有10g 20g 50g等规格 没有小规格砝码 可用砂桶装砂替代 质量用天平称量 2 探究加速度和力的关系 小盘质量为200g 上面可加100g左右的砝码 所加砝码质量逐渐加大 但不要过大 砝码质量过大 会使图象线性变差 知识点拨 1 图象法处理实验数据的优点 1 用图象法分析处理实验数据是物理学上常用的一种非常重要而有效的方法 它具有形象 直观的特点 便于得出实验结论 2 由图象法得到的规律具有统计性 在描绘实验图象时 可以对一些不符合常规的数据进行修正 从而减小了实验误差 避免了偶然性的错误数据 使实验结果更加准确 3 值得注意的是在处理一些反比例关系的物理量时 往往将其转化为正比例函数关系 通过图象直观地体现出来 2 实验中误差来源分析 1 质量的测量误差 纸带上点迹距离的测量误差 拉线或纸带不与木板平行都会造成误差 2 不满足小盘及重物的总质量远小于小车的质量 会使a f图象或图象线性变差 造成误差 3 未完全平衡摩擦力造成实验误差 1 小车运动过程中要受到木板给它的摩擦力 为了让沙子和小桶 或钩码 的重力表示小车受到的合力 可将木板无滑轮的一端稍微垫高一些去抵消 或平衡 这个摩擦力 其原理是什么 怎样去验证摩擦力被完全平衡了 在探究加速度与力 质量的关系的实验中平衡了摩擦力后 改变钩码的质量 或者是改变小车的质量 是否还需要重新平衡摩擦力呢 提示 1 将木板无滑轮的一端稍微垫高一些的目的是用小车重力沿斜面向下的分力来平衡摩擦力 2 在木板无定滑轮的一端下面垫上一块薄木板 反复移动薄木板的位置 直到小车不挂重物时能在木板上匀速运动为止 这时小车拖着纸带运动时受到的摩擦力恰好与小车所受重力在斜面上的分力平衡 判断方法是看打点计时器在纸带上打出的点间隔是否均匀 若打出的点间隔均匀 就说明小车做匀速运动了 3 整个实验平衡了摩擦力后 不管以后是改变钩码的质量还是改变小车的质量 都不需重新平衡摩擦力 平衡摩擦力是指小车所受的重力沿斜面的分力与小车所受阻力 包括小车所受摩擦力和打点计时器对小车后面所拖纸带的摩擦力 大小相等 即mgsin mgcos 等式两边m可消去 说明与小车质量无关 2 试分析a f图象中产生图线 的原因 提示 a f图象中产生图线 说明平衡摩擦力时 木板倾角过大了 即拉力f 0时 已产生加速度 此加速度是由小车重力的分力形成的 a f图象中产生图线 说明平衡摩擦力不够或根本没有平衡摩擦力 因为拉力为f0时才产生加速度 3 小明同学在做探究加速度与力 质量之间的关系时 应用图象来研究数据得到图象如图所示 试分析图象向下偏离的原因是什么 提示 因实验原理不完善造成误差 本实验中用小盘及砝码 或钩码 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小盘及砝码 或钩码 的总重力 存在系统误差 小盘及砝码 或钩码 的总质量越接近小车质量 误差就越大 于是图象就会向下偏离 4 我们在做本实验时 会出现一些误差 请你思考怎样才能减小误差呢 提示 1 每次实验时 小车应尽量靠近打点计时器 或尽量远离带滑轮的一端 并应先接通电源 再放开小车 2 计算时应求每条纸带上的加速度的平均值 3 作图象时 要使尽可能多的点在所作的直线上 不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线的两侧 个别偏差很大的点应舍去 实验器材 典例1 2011 浙江高考 在 探究加速度与力 质量的关系 实验时 已提供了小车 一端附有定滑轮的长木板 纸带 带小盘的细线 刻度尺 天平 导线 为了完成实验 还须从图中选取实验器材 其名称是 漏选或全选得零分 并分别写出所选器材的作用 思路点拨 实验中注意 1 测量计算小车的加速度 2 改变和测量小车的质量 3 改变和测量小车所受的拉力 可根据这些测量需要 检查缺少的仪器 解析 为测量小车的加速度 需记录小车运动的位置和时间 这可利用打点计时器 电火花计时器 和纸带完成 所以实验中应有打点计时器 电火花计时器 实验中需要改变小车的质量 这可通过在小车上增减钩码来实现 所以实验中应有钩码 实验中还需要改变小车所受拉力的大小 这可通过改变盘中的砝码的数目来实现 所以实验中应有砝码 答案 学生电源 电磁打点计时器 钩码 砝码或学生电源 电火花计时器 钩码 砝码学生电源为电磁打点计时器 电火花计时器 提供交流电源 电磁打点计时器 电火花计时器 记录小车运动的位置和时间 钩码用以改变小车的质量 砝码用以改变小车受到的拉力的大小 还可用于测量小车质量 实验数据处理 典例2 2012 东阳高一检测 某同学设计了一个探究小车的加速度a与小车所受拉力f及质量m关系的实验 图甲为实验装置简图 所用交变电流的频率为50hz 1 图乙为某次实验得到的纸带 实验数据如图 图中相邻计数点之间还有4个点未画出 根据纸带可求出小车的加速度大小为 m s2 保留三位有效数字 2 保持砂和砂桶质量不变 改变小车质量m 分别得到小车加速度a与质量m及对应的 数据如表 请在方格坐标纸中画出图线 并由图线求出小车加速度a与质量倒数之间的关系式是 3 保持小车质量不变 改变砂和砂桶质量 一位同学根据实验数据作出了加速度a随拉力f的变化图线如图所示 该图线不通过原点 其主要原因是 思路点拨 解答本题应明确以下三点 1 弄清计数点间的时间间隔 使用逐差法求解加速度 2 描点法作图 用平滑曲线连接各点 3 合理选择坐标轴上的物理量 可方便直观地确定它们之间的关系 解析 1 由