高考總復(fù)習(xí)物理課件 實(shí)驗(yàn)4探究加速度及力質(zhì)量的關(guān)系

1、實(shí)驗(yàn)四探究加速度與力質(zhì)量的關(guān)系 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解如何來描述物體的運(yùn)動狀態(tài)，明確物體運(yùn)動狀態(tài)的改變必有加速度；2掌握一種科學(xué)的研究方法控制變量法；3理解加速度和力的關(guān)系，并知道得出這個關(guān)系的實(shí)驗(yàn)思想和方法；4理解加速度與質(zhì)量的關(guān)系，并知道得出這個關(guān)系的實(shí)驗(yàn)思想和方法二、實(shí)驗(yàn)原理物體的加速度a不僅跟它所受到的外力F有關(guān)，還取決于它自己的屬性質(zhì)量m.為了定量地研究a、F、m三者之間的關(guān)系，先保持一個量(質(zhì)量m)不變，研究其他兩個量(加速度a與外力F)之間的關(guān)系；然后再保持另一個量(外力F)不變，研究其他兩個量(加速度a與質(zhì)量m)之間的關(guān)系；最后把兩個結(jié)果綜合起來得出a與F、m之間的關(guān)系這種方法稱為

2、控制變量法分析對小車及小桶分別列出牛頓第二定律方程得：小車：T1MaM，小桶：mgT1mam，且有：T1T1，aMam.聯(lián)立解得：aMam ，T1 g三、實(shí)驗(yàn)器材打點(diǎn)計(jì)時器；紙帶及復(fù)寫紙片；小車；一端附有定滑輪的長木板、砝碼；細(xì)繩；低壓交流電源；兩根導(dǎo)線；天平；刻度尺；小砂桶；砂四、實(shí)驗(yàn)步驟圖11用天平測出小車和小砂桶的質(zhì)量M和m.2按圖1所示把實(shí)驗(yàn)器材安裝好，但不把懸掛小砂桶的細(xì)繩系在小車上(即不給小車加牽引力)3平衡摩擦力：在長木板的不帶定滑輪的一端下面墊上一塊薄木板，反復(fù)移到木板的位置，直到小車在斜面上運(yùn)動時能保持勻速運(yùn)動狀態(tài)，這時小車拖著紙帶運(yùn)動時受到的摩擦力恰好與小車所受的重力在斜面

3、方向上的分力平衡4把細(xì)繩系在小車上并繞過定滑輪懸掛小砂桶，讓小車緊靠打點(diǎn)計(jì)時器，先接通電源再放開小車，取下紙帶，在打點(diǎn)紙帶上標(biāo)上紙帶號碼5保持小車的質(zhì)量不變，改變小砂桶內(nèi)砂的質(zhì)量，即改變小車的牽引力，再做幾次實(shí)驗(yàn)6在每條紙帶上都選取一段比較理想的部分，按“測定勻變速直線運(yùn)動的加速度”實(shí)驗(yàn)中的方法算出每條紙帶的加速度7用縱坐標(biāo)表示加速度，橫坐標(biāo)表示力，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果在坐標(biāo)平面上畫出相應(yīng)的點(diǎn)，如果這些點(diǎn)在一條傾斜直線上，便證明了加速度與作用力成正比8保持砂和小砂桶的質(zhì)量不變，在小車上依次加砝碼(做好記錄)，重復(fù)上述步驟(4)和步驟(6)，用縱坐標(biāo)表示加速度，橫坐標(biāo)表示小車及砝碼總質(zhì)量的倒數(shù)，在坐標(biāo)平

4、面上根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果畫出相應(yīng)的點(diǎn)，如果這些點(diǎn)在一條傾斜的直線上，就證明加速度與質(zhì)量成反比五、數(shù)據(jù)處理利用圖象處理數(shù)據(jù)是一種常用的重要方法將實(shí)驗(yàn)中得到的數(shù)據(jù)通過描點(diǎn)作出圖象，可以非常直觀地看出兩個物理量之間的關(guān)系，也可以有效地減小實(shí)驗(yàn)誤差，確定并排除實(shí)驗(yàn)中測得的一些錯誤數(shù)據(jù)在探究加速度與力的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中，以加速度a為縱坐標(biāo)，力F為橫坐標(biāo)，根據(jù)各組數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中描點(diǎn)如果這些點(diǎn)在一條過原點(diǎn)的直線上，說明a與F成正比在探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)中，“加速度a與質(zhì)量m成反比”實(shí)際上就是“加速度a與質(zhì)量的倒數(shù) 成正比”，以加速度a為縱坐標(biāo)，以質(zhì)量的倒數(shù) 為橫坐標(biāo)建立坐標(biāo)系，根據(jù)a 圖象是不是過原點(diǎn)的直線，就能

5、判斷a與m是否成反比六、實(shí)驗(yàn)誤差來源與分析1因?qū)嶒?yàn)原理不完善引起的誤差：本實(shí)驗(yàn)用砂和小砂桶的總重力mg代替小車的拉力，而實(shí)際上小車所受的拉力要小于砂和小砂桶的總重力砂和小砂桶的總質(zhì)量越接近于小車和砝碼的總質(zhì)量，誤差越大；反之，砂和小砂桶的總質(zhì)量越小于小車和砝碼的總質(zhì)量，由此引起的誤差就越小因此，滿足砂和小砂桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車和砝碼的總質(zhì)量的目的就是為了減小因?qū)嶒?yàn)原理不完善而引起的誤差2摩擦力平衡不準(zhǔn)確、質(zhì)量測量不準(zhǔn)確、記數(shù)點(diǎn)間距測量不準(zhǔn)確、紙帶和細(xì)繩不嚴(yán)格與木板平行都會引起誤差七、注意事項(xiàng)1實(shí)驗(yàn)步驟(3)不需要重復(fù)，即整個實(shí)驗(yàn)平衡了摩擦力后，不管以后是改變小砂桶中砂的質(zhì)量還是改變小車和砝碼的

6、質(zhì)量都不需要重新平衡摩擦力2在實(shí)驗(yàn)中一定要注意使砂和小砂桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車和砝碼的總質(zhì)量. 3改變拉力和小車質(zhì)量后，每次開始時小車應(yīng)盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時器，并應(yīng)先接通電源，再放開小車，且在小車到達(dá)定滑輪前應(yīng)按住小車4各紙帶的加速度，都應(yīng)是該紙帶的平均加速度5作圖象時，要使盡可能多的點(diǎn)在所作直線上，不在直線上的點(diǎn)應(yīng)盡可能對稱的分布在所作直線的兩側(cè)題型一實(shí)驗(yàn)操作與技巧例1在做“驗(yàn)證牛頓第二運(yùn)動定律”的實(shí)驗(yàn)時，某學(xué)生將實(shí)驗(yàn)裝置如圖2安裝，準(zhǔn)備接通電源后開始做實(shí)驗(yàn)，但他的裝置圖中有幾個明顯的錯誤，請寫出兩個：圖2(1)_；(2)_解析實(shí)驗(yàn)中打點(diǎn)計(jì)時器不能用直流電源，沒有平衡摩擦力，小車沒有靠近打點(diǎn)計(jì)時器

7、答案(1)不能用直流電源(2)沒有平衡摩擦力題后反思：本題主要考查實(shí)驗(yàn)操作及注意事項(xiàng)，只要對這些有一定的了解，解決此類問題較容易做“驗(yàn)證牛頓第二定律”實(shí)驗(yàn)時，按實(shí)驗(yàn)要求安裝好器材后，應(yīng)按一定的步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，下列給出供選擇的操作步驟：A保持小桶和砂的質(zhì)量不變，在小車?yán)锛禹来a，測出加速度，重復(fù)幾次B保持小車質(zhì)量不變，改變小桶里砂子的質(zhì)量，測出加速度，重復(fù)幾次C用天平測出小車和砂子的質(zhì)量D在長木板沒有定滑輪的一端墊上厚度合適的墊木，平衡摩擦力E根據(jù)測出的數(shù)據(jù)，分別畫出aF和a 圖象F用秒表測出小車運(yùn)動的時間G將裝有砂子的小桶用細(xì)線通過定滑輪系到小車上，接通電源，釋放小車，在紙帶上打出一系列的點(diǎn)以上步

8、驟中，不必要的步驟是_，正確步驟的合理順序是_(填寫代表字母)答案：FCDGABE題型二實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理和誤差分析例2如圖3甲所示為實(shí)驗(yàn)中用打點(diǎn)計(jì)時器打出的一條較理想的紙帶，紙帶上A、B、C、D、E、F、G為七個相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時間間隔是0.1 s，距離如圖甲所示，單位是 cm，小車的加速度是_m/s2，在驗(yàn)證質(zhì)量一定時加速度a和合外力F的關(guān)系時，某學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出了如圖乙所示的aF圖象，其原因是 . 圖3根據(jù)測量數(shù)據(jù)作出的aF圖線沒有過原點(diǎn)，圖象交于a軸上一點(diǎn)，說明平衡摩擦力過度答案1.6平衡摩擦力過度題后反思：a的計(jì)算用公式xaT2，通過計(jì)算平均值確定a的大小，平均值的求解用

9、逐差法計(jì)算較為精確，aF圖象的形狀為不過原點(diǎn)的直線，表明平衡摩擦力的操作存在問題用斜面、小車、砝碼等器材按圖4(1)所示方法探究a、m、F三者關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中，得到圖4(2)所示的一條打點(diǎn)的紙帶，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)的時間間隔為T，且間距x1，x2，x3x6已量出 圖4(1)請寫出三個不同的計(jì)算加速度的表達(dá)式(2)如圖5(1)所示，是甲同學(xué)根據(jù)測量數(shù)據(jù)畫出的aF圖線，表明實(shí)驗(yàn)的問題是_(3)乙、丙同學(xué)用同一裝置實(shí)驗(yàn)，畫出了各自得到的aF圖線如圖5(2)所示，說明兩個同學(xué)做實(shí)驗(yàn)時的哪一個物理量取值不同？并比較其大小圖5解析：本題主要考查根據(jù)紙帶求勻變速直線運(yùn)動的加速度和對圖象法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到的aF圖象的理解

10、(1)a(x2x1)/T2a(x4x1)/(3T2)a(x6x5x4)(x3x2x1)/(9T2)(2)沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠(3)小車及車上的砝碼的總質(zhì)量不同，且m乙m丙答案：見解析圖61如圖6所示，在研究牛頓第二定律的演示實(shí)驗(yàn)中，若1、2兩個相同的小車所受拉力分別為F1、F2，車中所放砝碼的質(zhì)量分別為m1、m2，打開夾子后經(jīng)過相同的時間兩車的位移分別為x1、x2，則在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，有 ()A當(dāng)m1m2、F12F2時，x12x2B當(dāng)m1m2、F12F2時，x22x1C當(dāng)m12m2、F1F2時，x12x2D當(dāng)m12m2、F1F2時，x22x1解析：題中m1和m2是車中砝碼的質(zhì)量

11、，絕不能認(rèn)為是小車的質(zhì)量本題中只說明了兩小車是相同的，并沒有告訴小車的質(zhì)量是多少當(dāng)m1m2時，兩車加砝碼質(zhì)量仍相等，若F12F2，則a12a2，由x at2得x12x2，A對若m12m2時，無法確定兩車加砝碼后的質(zhì)量關(guān)系，兩小車的加速度關(guān)系也就不明確，所以無法判定兩車的位移關(guān)系答案：A 圖72如圖7所示是在驗(yàn)證牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描繪出的三條aF圖象，下列說法中正確的是()A三條傾斜直線所對應(yīng)的小車和砝碼的總質(zhì)量相同B三條傾斜直線所對應(yīng)的小車和砝碼的總質(zhì)量不同C直線1對應(yīng)的小車和砝碼的總質(zhì)量最大D直線3對應(yīng)的小車和砝碼的總質(zhì)量最大解析：由牛頓第二定律得：Fma，a F，直線的斜率等

12、于質(zhì)量的倒數(shù)，三條直線的斜率不同，說明三條直線所對應(yīng)的小車和砝碼的總質(zhì)量不同，由圖可知，直線1的斜率最大，所對應(yīng)的總質(zhì)量最小；直線3的斜率最小，所對應(yīng)的總質(zhì)量最大正確選項(xiàng)為BD.答案：BD3某同學(xué)在做加速度和力、質(zhì)量的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中，測得小車的加速度a和拉力F的數(shù)據(jù)如下表所示F/N0.200.300.400.500.60a/ms20.110.190.290.400.51圖圖8(1)根據(jù)表中的數(shù)據(jù)在坐標(biāo)圖上作出aF圖象；(2)圖象的斜率的物理意義是_；(3)圖象(或延長線)與F軸的截距的物理意義是_；(4)小車和砝碼的總質(zhì)量為_kg.答案：(1)aF圖象如圖9所示圖9(2)小車和砝碼的總質(zhì)量的倒數(shù)

13、(3)小車受到的阻力為0.1 N(4)1.004同學(xué)們在做“驗(yàn)證牛頓第二定律”的實(shí)驗(yàn)(1)甲同學(xué)為了使小車受到合外力等于小砂桶和砂的總重量，他采用如下兩個措施：A平衡摩擦力：將長木板無滑輪的一端下面墊一小木塊，反復(fù)移動木塊的位置，直到小車在小砂桶的拉動下帶動紙帶與小車一起做勻速直線運(yùn)動；B調(diào)整砂的多少，使砂和小砂桶的總質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車和砝碼的總質(zhì)量M. 請問：以上哪一個措施中有何重大錯誤？答：_.(2)乙同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中，他保持小車及砝碼總質(zhì)量M不變反復(fù)改變砂的質(zhì)量，并測得一系列數(shù)據(jù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)小車受到的合外力(小砂桶及砂的總重量)與加速度的比值略大于小車及砝碼總質(zhì)量M，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)滑輪非常光滑，打點(diǎn)

14、計(jì)時器工作正常，且事先基本上平衡了摩擦力，那么出現(xiàn)這種情況的主要原因是什么？答：_.答案：(1)A，因?yàn)樵摯胧┲衅胶饽Σ亮r，不應(yīng)用小砂桶拉動小車做勻速運(yùn)動，應(yīng)讓小車自身下滑來平衡摩擦力(2)由于未滿足mM，拉小車的合外力Fmg，因此，M 5(2009江蘇高考)“探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置如圖10甲所示圖10(1)在平衡小車與桌面之間摩擦力的過程中，打出了一條紙帶如圖10乙所示計(jì)時器打點(diǎn)的時間間隔為0.02 s從比較清晰的點(diǎn)起，每5個點(diǎn)取一個計(jì)數(shù)點(diǎn)，量出相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離該小車的加速度a_m/s2.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(2)平衡摩擦力后，將5個相同的砝碼都放在小車上掛上砝碼盤，然后每次從小車上取一個砝碼添加到砝碼盤中，測量小車的加速度小車的加速度a與砝碼盤中砝碼總重力F的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表：請根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出aF的關(guān)系圖象(3)根據(jù)提供的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出的aF圖線不通過原點(diǎn)請說明主要原因砝碼盤中砝碼總重力F(N)0.1960.3920.5880.7840.980加速度a(ms2)