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文档简介
1、必修 1 2014 届天津市第一百中学高三物理导学案 第四章牛顿运动定律 天津市第一百中学 王文理 【课【课题】题】4.54.5 探究加速度与力和质量的关系探究加速度与力和质量的关系 【学习目标】【学习目标】 1学会用控制变量法研究物理规律 2探究加速度与物体质量、物体受力的关系 3掌握灵活运用图象处理问题的方法 【知识要点】【知识要点】 实验原理实验原理 探究加速度 a 与力 F、质量M 的关系时,应用的基本方法是_,即先控制一个参量 小车的质量 M 不变,讨论加速度 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,改变小车质量 M,讨论加速度 a 与质量 M 的关系 实实
2、验验器器材材 打点计时器、复写纸片和纸带、一端有定滑轮的长木板、 小车、小盘、_电源、_、 砝码、_、导线 实实验验步步骤骤 一、测质量一、测质量 1用天平测出小车和砝码的总质量M,小盘和砝码的总质量 m,把测量结果记录下来 二、仪器安装及平衡摩擦力二、仪器安装及平衡摩擦力 2按图 1 把实验器材安装好,只是不把悬挂小盘的细绳系在车上,即 不给小车加牵引力 3平衡摩擦力:在长木板不带定滑轮的一端下面垫一块木板反复移 动木板的位置,直至小车拖着纸带在斜面上运动时可以保持_ 运动状态 这时, 小车受到的摩擦阻力恰好与小车所受的重力_ 的分力平衡 三、保持小车的质量不变,研究三、保持小车的质量不变,
3、研究 a a 与与 F F 的关系的关系 4把细绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂小盘,先_再_,打点计时器在 纸带上打下一系列的点,打完点后切断电源,取下纸带,在纸带上标上纸带号码 5保持小车和砝码的质量不变,在小盘里放入适量的砝码,把小盘和砝码的总质量 m记录 下来,重复步骤 4.在小盘内再放入适量砝码,记录下小盘和砝码的总质量m,再重复步骤 4, 重复三次,得到三条纸带 6在每条纸带上都选取一段比较理想的部分,标明计数点,测量计数点间的距离,算出每 条纸带上的加速度的值,并记录在表格内画出小车所受牵引力,即小盘和砝码的总重力mg 跟小车加速度 a 之间关系的 a 一 F 图象。 四、保持小盘和
4、砝码的质量不变,研究四、保持小盘和砝码的质量不变,研究 a a 与与 M M 的关系的关系 7保持小盘内的砝码个数不变,在小车上放上砝码改变小车的质量,让小车在木板上滑动打 出纸带计算砝码和小车的总质量M,并由纸带计算出小车对应的加速度 改变小车上砝码的个数,重复步骤7,并将所对应的质量和加速度填入表中画出质量倒数 1/M 与加速度 a 之间关系 a 一 1/M 图象。 注注意意事事项项 1一定要做好平衡摩擦力的工作一定要做好平衡摩擦力的工作, 2实验步骤2、3 不需要重复,即整个实验平衡了摩擦力后,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 3每条纸
5、带必须在满足小车与车上所加砝码的总质量远大于小盘和砝码的总质量的条件下打 出只有如此,小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力 4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. 5.5.整个实验平衡摩擦力后 不管以后是改变铁丝圈的质量还是改变小车及砝码的质量都不需要 重新平衡摩擦力实验中,应在车后拖上纸带,先接通电源再用手给小车一个初速度,若在纸带 上打出的点的间隔基本上均匀,才表明平衡了摩擦 力否则必须调整木板的位置 图(a)是由于未平衡摩擦力或平衡摩擦力时斜面倾 角太小所致; 图(b)是由于平衡摩擦力时斜面倾角太大,平衡摩 擦力过度所致 误差分析误差分析 1质量的测量误差
6、,纸带上打点计时器打点间隔距离的测量误差,拉线或纸带不与木板平行 等都会造成误差 2 因实验原理不完善造成误差: 本实验中用小盘和砝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和砝码的总重力),存在系统误差小盘和砝码的总质量越接近小车 的质量,误差就越大;反之,小盘和砝码的总质量越小于小车的质量,误差就越小 3平衡摩擦力不准确造成误差:在平衡摩擦力时,除了不挂小盘外,其他的都跟正式实验一 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的距离 相等 【典型例题】【典型例题】 【例题【例题 1 1】(2012(2012 全国理科综合卷。全国理
7、科综合卷。大纲版大纲版) )图 1 为验证牛顿第二定律的实验装置示意图。 图中 打点计时器的电源为 50Hz 的交流电源,打点的时间间隔用t 表示。在小车质量未知的情况下, 某同学设计了一种方法用来研究“在外力一定的条件下,物体的加速度与其质量间的关系” 。 (1)完成下列实验步骤中的填空: 平衡小车所受的阻力: 小吊盘中不放物块, 调整 木板右端的高度,用手轻拨小车,直到打点计时器打出 一系列_的点。 按住小车, 在小吊盘中放入适当质量的物块, 在 小车中放入砝码。 打开打点计时器电源, 释放小车, 获得带有点迹 的纸带,在纸带上标出小车中砝码的质量m。 按住小车,改变小车中砝码的质量,重复
8、步骤。 在每条纸带上清晰的部分, 每5个间隔标注一个计数点。 测量相邻计数点的间距s1, s2, 。 求出与不同 m 相对应的加速度 a。 以砝码的质量 m 为横坐标, 小车和砝码的总质量成反比,则 11 为纵坐标,在坐标纸上做出-m 关系图线。若加速度与 aa 1 与 m 处应成_关系(填“线性”或“非线性”) 。 a (2)完成下列填空: ()本实验中,为了保证在改变小车中砝码的质量时,小车所受的拉力近似不变,小吊盘 和盘中物块的质量之和应满足的条件是_。 () 设纸带上三个相邻计数点的间距为s1、 s 2、 s3。 a 可用 s1、 s3 和 t 表示为 a=_。 图2为用米尺测量某一纸
9、带上的s1、 s3的情况, 由图可读出s1=_mm, s3=_mm。 由此求得加速度的大小 a=_m/s2。 【能力训练】【能力训练】 1 (0909 上海物理)上海物理)如图为“用 DIS(位移传感器、数据采集器、计算机)研究加速度和力的 关系”的实验装置。 (1)在该实验中必须采用控制变量法,应保持 _不变,用钩码所受的重力作为 _,用 DIS 测小车的加速度。 (2)改变所挂钩码的数量,多次重复测量。在某次实验中根据测得的多组数据可画出 a-F 关系图线(如图所示) 。 分析此图线的 OA 段可得出的实验结论是_ _。 (单选题)此图线的AB 段明显偏离直线,造成此误差的主要原因 是()
10、 A小车与轨道之间存在摩擦 B导轨保持了水平状态 C所挂钩码的总质量太大 D所用小车的质量太大 2. 如图所示的实验装置可以探究加速度与力、质量的关系, 小车上固定一个盒子,盒子内盛有沙子沙桶的总质量(包括 桶以及桶内沙子质量)记为 m,小车的总质量(包括车、盒子及 盒内沙子质量)记为 M. (1)验证在质量不变的情况下,加速度与合外力成正比;从 盒子中取出一些沙子, 装入沙桶中, 称量并记录沙桶的总重力 mg,将该力视为合外力 F,对应的加速度 a 则从打下的纸带中计算得出多次改变合外力 F 的 大小,每次都会得到一个相应的加速度本次实验中,桶内的沙子取自小车中,故系统的总质量 不变以合外力
11、 F 为横轴,以加速度 a 为纵轴,画出 aF 图象,图象是一条过原点的直线 aF 图象斜率的物理意义是_ 你认为把沙桶的总重力mg 当作合外力 F 是否合理? 答:_.(填“合理”或“不合理”) 本次实验中,是否应该满足Mm 这样的条件? 答 : _( 填 “ 是 ” 或 “ 否 ”) ; 理 由 是 _ (2)验证在合外力不变的情况下,加速度与质量成反比;保持 桶内沙子质量 m 不变,在盒子内添加或去掉一些沙子,验证加 速度与质量的关系本次实验中,桶内的沙子总质量不变,故 系统所受的合外力不变 用图象法处理数据时,以加速度 a 为纵轴,应该以 _的倒数为横轴 3.某学习小组的同学在用打点计
12、时器探究物体的加速度与物 体的质量之间的关系实验中, 不改变拉力, 只改变物体的质量, 得到了如下表所示的几组数据,其中第3 组数据还未算出加速度,但对应该组已打出了纸带, 如图 5 所示(长度单位:cm),图中各点为每5 个打点选出的计数点(两计数点间还有 4 个打点未 标出) 实验次数123456 小车质量(g)200300400500600700 小车加速度 2.001.330.790.670.40 (m/s2) 小车质量的 5.003.332.502.001.671.00 倒数(kg1) (1)请由纸带上的数据,计算出缺少的加速度值并填入表中(小数点后保留两位小数) (2)请在右上图中建立合适的坐标,将表中各组数据用小黑点描在坐标纸上,并作出平滑的 图线 (3)由图象得出的结论是:_ 4(2013 天津 9(2))某实验小组利用图示的装置探究加速度与力、质量的关系。 下列做法正确的是(填字母代号)。 A调节滑轮的高度,使牵引木块的细线与长木板保持平行 B在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时, 将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在 木快上 C实验时,先放开木块再接通打点计时 器的电源 D通过增减木块上的砝码改变质量时, 不需要重新调节木板倾斜度 为使砝码桶及桶内砝码的总重力在数值上 近似等于木块运动时受到的拉力,应满足 的条件是砝码桶及桶内砝码的总质
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