高中物理 第四章第二节4.2实验：探究加速度与力、质量关系课件 新人教版必修1 .ppt

4 2实验 探究加速度与力 质量的关系 加速度a 用来描述物体的速度变化的快慢 2 力是改变物体运动状态的原因 3 利用打点后的纸带测定物体加速度的计算公式为 x at22 利用逐差法求加速度 1 实验原理保持物体的不变 测量物体在不同的力的作用下的 分析加速度与的关系 保持物体相同 测量不同质量的物体在该力作用下的加速度 分析加速度与的关系 实验中取一个小车作为研究物体 需要测量的物理量有三个 小车所受的拉力 小车的质量可以用测量 要改变小车的质量 可以在小车中增减 用小盘和砝码牵引小车 使小车做匀加速运动的力与小盘和砝码的重力相等 增减小盘中的砝码就可以改变小车受到的力 在小车上安装一条打点计时器的纸带 根据上打出的点来测量加速度 分析以上所测数据 得出加速度与力 质量的关系 2 实验器材一端带滑轮的光滑长木板 纸带 细绳 小盘 砝码 导线 电源 天平 自我校对1 质量加速度力所受力质量小车的质量小车的加速度天平砝码纸带2 小车打点计时器刻度尺 1 为了研究加速度跟力和质量的关系 应该采用的实验研究方法是 a 控制变量法b 假设法c 理想实验法d 图象法 答案 a 2 在利用打点计时器探究加速度与力 质量关系的实验中 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 从实验条件和实验操作规范等方面加以考虑 平衡摩擦力时 不把悬挂重物用细绳通过定滑轮系在小车上 即不对小车施加拉力 在木板无滑轮的一端下面垫一薄木块 反复移动其位置 直到拖在小车后面的纸带上打出的点距均匀为止 故a错误 设木板的倾角为 则平衡摩擦力后有mgsin mgcos 即tan 与小车的质量无关 故每次改变小车的质量时 不需要重新平衡摩擦力 所以b正确 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 故c错误 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 故d错误 答案 b3 在影响加速度的因素 的探究中发现 a 同一物体运动的速度越大 受到的合外力越大b 同一物体运动的速度变化越大 受到的合外力越大c 同一物体运动速度变化率越小 受到的合外力越小d 同一物体运动速度变化越快 受到的合外力越大 答案 cd 实验步骤1 用天平测出小盘的质量 备用 2 如图所示 把附有定滑轮的长木板平放在实验桌上 并使滑轮伸出桌面 把打点计时器固定于长木板上没有滑轮的一端 连接好电路 把纸带穿过打点计时器 一端固定在小车的后面 把细绳的一端拴在小车上 使细绳跨过滑轮 3 利用斜面平衡小车所受的摩擦力先去掉钩码 用垫块垫起木板的后端 选择合适的角度 在车后拖上纸带 打点计时器打点时 用手给小车一个初速度 如果在纸带上打出的点迹间隔基本均匀 就表明小车做匀速运动 即 小车受到的阻力跟它的重力沿斜面方向的分力平衡 此处同学们可以在实验后再分析 4 在细绳下面系上小盘 盘中放上一个小砝码 记下小盘和砝码的总质量 填入表1中 5 使小车靠近打点计时器 先接通电源后放开小车 纸带随着小车运动 打点计时器就在纸带上打出一系列的小点 6 取下纸带 选定某点 用刻度尺测量出出发点到该点的距离x 数出点的间隔得到时间t 根据a 算出加速度a 填入表1中 7 更换纸带 增加砝码个数 重复上述步骤五次 把所有数据均填入表1中 8 用天平测出小车的质量 填入表2中 9 如上图所示 把附有定滑轮的长木板平放在实验桌上 并使滑轮伸出桌面 把打点计时器固定于长木板上没有滑轮的一 端 连接好电路 把纸带穿过打点计时器 一端固定在小车的后面 把细绳的一端拴在小车上 使细绳跨过滑轮 下边系上小盘 盘中放上一个砝码 10 使小车靠近打点计时器 先接通电源后放开小车 纸带随着小车运动 打点计时器就在纸带上打出一系列的小点 11 取下纸带 选定某点 用刻度尺测量出出发点到该点的距离x 数出点的间隔得到时间t 根据a 算出加速度a 填入表2中 12 更换纸带 在小车中增加砝码个数 重复上述步骤7 9五次 把所有数据均填入表2中 表1 表2 实验结论当小车质量不变时 加速度与拉力成正比关系 当拉力不变时 加速度与小车质量成反比关系 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质量远大于小盘和砝码的总质量 只有如此 砝码和小盘的总重力才可视为与小车受到的拉力相等 3 各纸带上的加速度a都应是该纸带上的平均加速度 4 作图时要使尽可能多的点在所作直线上 不在直线上的点尽可能对称分布在所作直线两侧 离直线较远的点应舍去 5 小车应靠近打点计时器且先接通电源再放手 要点1 考查实验设计方案时应注意的几个问题例1如图所示为某同学做 验证牛顿第二定律 的实验 此时是他已接通电源正要释放纸带时的情况 请你指出该同学的五个差错 电源 电磁打点计时器的位置 滑轮位置 小车位置 长木板 点拨 在做实验前应仔细分析实验原理 严格操作实验过程 减少失误 减小实验误差 解析 应用低于6v的交流电源 应靠右端 打点计时器要固定在长平板的右端 调节滑轮 使线与板平行 小车应靠近打点计时器 应垫高右端以平衡摩擦力要点2 用控制变量法探究加速度与力的关系例2若测得某一物体的质量m一定时 a与f的关系的有关数据资源如下表 1 根据表中数据 画出a f图象 2 从图象中可以判定 当m一定时 a与f的关系为 点拨 正确画出a f图象是关键 解析 1 a f图象如图所示 2 正比 点评 若a与f成正比 则图象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 则在误差范围内图象应是一条过 原点的直线 连线时应使尽可能多的点在直线上 不在直线上的点应大致对称的分布在直线两侧 离直线较远的点应视为错误数据 不予考虑 由已知数据画出图 从而得出结论的方法是物理学中一种常用的重要方法 要点3 用控制变量法探究加速度与质量的关系某同学在做 当外力一定时物体加速度与质量的关系 实验时 得到如下数据 1 请你为该同学画出a 图象 2 实验结论是 点拨 掌握图象法处理数据的思想方法是解决问题的关键 解析 在研究 当外力一定时加速度与质量的关系 时 应以自变量作为横坐标 以因变量作为纵坐标 运用图象法分析它们之间的关系 若以质量m为横坐标 以加速度a为纵坐标 则描点 画线后 所得的图象是一条曲线 如图所示 该曲线是圆弧还是双曲线 分析该曲线并不能确定加速度与质量的关系 若以物体质量的倒数1m为横坐标 以加速度a为纵坐标 根据实验数据描点 画线得出的图象为一条过原点的直线 如图 它能直观 准确地得出加速度a与质量倒数1m成正比 即在外力一定的情况下 物体加速度与质量成反比 1 如图所示 2 在外力一定的情况下 物体的加速度与质量成反比 在利用打点计时器打出的纸带求运动物体的加速度时 错误地利用公式 x x2 x1 x3 x2 xn 1 xn at2来求 实际上就成为 x xn 1 x1 at2 这样就等于只用了两个数据 误差必然较大 例 实验装置如图甲所示 一木块放在水平长木板上 左侧拴有一细软线 跨过固定在木板边缘的滑轮与一重物相连 木块右侧与打点计时器的纸带相连 在重物牵引下 木块在木板上向左运动 重物落地后 木块继续向左做匀减速运动 图乙给出了重物落地后 打点计时器在纸带上打出的 一些点 试根据给出的数据 求木块与木板间的动摩擦因数 要求写出主要的运算过程 结果保留两位有效数字 打点计时器所用交流电频率为50hz 不计纸带与木块间的拉力 取重力加速度g 10m s2 甲 错解 由给出的数据可知 重物落地后 木块在连续相等的时间内的位移分别为x1 7 72cm x2 7 21cm x3 6 71cm x4 6 25cm x5 5 76cm x6 5 29cm x7 4 81cm x8 4 31cm 根据匀变速直线运动的规律知 x2 x1 x3 x2 x8 x7 7at2 a 10 2m s2 3 0m s2 重物落地后木块只受滑动摩擦力的作用 以m表示木块的质量 根据牛顿第二定律 有 mg ma 解得 0 30 乙 剖析 在处理打点计时器打出的纸带 求解运动物体的加速度时 要利用逐差法 这样各个数据都被利用了 计算结果误差较小 而利用上面的解法 只是利用了第一个和最后一个数据 误差会较大 正解 由给出的数据可知 重物落地后 木块在连续相等的时间t内的位移分别为x1 7 72cm x2 7 21cm x3 6 71cm x4 6 25cm x5 5 76cm x6 5 29cm x7 4 81