高中物理 實驗探究加速度與力質(zhì)量的關(guān)系 新人教版必修

高中物理實驗探究加速度與力質(zhì)量的關(guān)系課件新人教版必修第1頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四第2節(jié)實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系同步導學方案課后強化演練第2頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四第3頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四一、實驗目的1．學會用控制變量法探究物理規(guī)律．2．全面正確地認識加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系．第4頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四二、實驗原理1．控制變量法：在探究加速度與力、質(zhì)量三者關(guān)系時，先讓其中一個量保持不變來探究其他兩個量之間的關(guān)系．(1)探究加速度與力的關(guān)系的基本思路：保持物體的質(zhì)量不變，測量物體在不同力的作用下的加速度，分析加速度與力的關(guān)系．(2)探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系的基本思路：保持物體所受的力不變，測量不同質(zhì)量的物體在該力作用下的加速度，分析加速度與質(zhì)量的關(guān)系．第5頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四2．實驗方案：這個實驗中需要測量的物理量有三個：物體的加速度、物體所受的力、物體的質(zhì)量．質(zhì)量用天平測量，因此本實驗要解決的主要問題是怎樣測量加速度和物體所受的力．第6頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四(1)怎樣測量(或比較)物體的加速度在運動物體上安裝一條穿過打點計時器的紙帶，根據(jù)紙帶上打出的點來測量加速度．在這個實驗中也可以測加速度與其他量之間的比例關(guān)系．測量不同情況下(即不同受力、不同質(zhì)量時)物體加速度的比值就可以了．第7頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四(2)怎樣提供和測量物體所受的恒力設計的實驗裝置如下圖所示．第8頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四①對此實驗中力的理解：除了在真空中拋出或落下的物體(僅受重力)外，僅受一個力的物體幾乎是不存在的．然而，一個單獨的力的作用效果與跟它大小、方向都相同的合力的作用效果是相同的，因此，實驗中的力F的含義可以是物體所受的合力．第9頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四②平衡摩擦力：如上圖所示，紙帶穿過打點計時器．為了消除摩擦力對小車的影響，可將木板無滑輪的一端稍微墊高一些，用小車的重力的分力來抵消它所受到的摩擦力，直到小車不掛重物時能在木板上勻速運動為止．當掛上重物時，只要重物的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量，那么我們可近似認為托盤和砝碼所受的重力大小等于小車所受的合力的大?。鰷p盤中砝碼的個數(shù)可改變小車所受到的合力．第10頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四第11頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四三、實驗器材打點計時器、紙帶、復寫紙片、小車、一端附有定滑輪的長木板、小盤、砝碼、夾子、細繩、低壓交流電源、導線、天平(帶有一套砝碼)、刻度尺．第12頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四四、實驗步驟1．用天平測出小車和小盤(包括其中砝碼)的質(zhì)量分別為M、m，并把數(shù)值記錄下來．2．按圖所示將實驗器材安裝好(小車上不系繩)．3．把長木板無滑輪的一端下面墊一薄木板，以平衡摩擦力．第13頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四在平衡摩擦力時，除了不掛小盤外，其他的都跟正式實驗一樣(比如要掛好紙帶，接通打點計時器)，勻速運動的標志是打點計時器打出的紙帶上各點間的距離相等．第14頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四4．將小盤通過細繩系在小車上，接通電源放開小車，用紙帶記錄小車的運動情況；取下紙帶并在紙帶上標上號碼及此時所掛小盤的重力mg.5．保持小車的質(zhì)量不變，改變小盤(包括其中砝碼)的質(zhì)量重復步驟4多做幾次實驗．每次小車應從同一位置釋放，并記錄好相應紙帶．6．保持小車所受合力不變，在小車上加砝碼，并測出小車和放上砝碼后的總質(zhì)量M1，接通電源放開小車，用紙帶記錄小車的運動情況，取下紙帶并在紙帶上標上號碼．第15頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四7．繼續(xù)在小車上加放砝碼，重復步驟6，多做幾次實驗，在每次得到的紙帶上標上號碼．第16頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四五、數(shù)據(jù)處理1．把小車在不同力作用下產(chǎn)生的加速度填在下表中：實驗次數(shù)加速度a/(m·s－2)小車受力F/N1234第17頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四由以上數(shù)據(jù)畫出它的a-F關(guān)系圖象如圖所示．通過a-F關(guān)系圖象，我們可以得出小車的加速度a與力F成正比．第18頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四2．把不同質(zhì)量的小車在相同力作用下產(chǎn)生的加速度填在下表中：第19頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四第20頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四六、注意事項1．平衡摩擦力時不要掛重物，整個實驗平衡了摩擦力后，不管以后是改變小盤和砝碼的質(zhì)量還是改變小車及砝碼的質(zhì)量，都不需要重新平衡摩擦力．2．實驗中必須滿足小車和砝碼的質(zhì)量遠大于小盤和砝碼的總質(zhì)量．只有如此，砝碼和小盤的總重力才可視為與小車受到的拉力相等．3．各紙帶上的加速度都應是該紙帶上的平均加速度．第21頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四4．作圖象時，要使盡可能多的點在所作直線上，不在直線上的點應盡可能地對稱分布在所作直線兩側(cè)．離直線較遠的點是錯誤數(shù)據(jù)，可舍去不予考慮．5．小車應靠近打點計時器，且先接通電源再放手．第22頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四七、誤差分析1．質(zhì)量的測量、紙帶上打點計時器打點間隔距離的測量、拉線或紙帶不與木板平行等都會造成誤差．2．因?qū)嶒炘聿煌晟圃斐烧`差．本實驗中用小盤及砝碼的總重力代替小車受到的拉力(實際上小車受到的拉力要小于小盤及砝碼的總重力)，存在系統(tǒng)誤差．小盤及砝碼的總質(zhì)量越接近小車的質(zhì)量，誤差就越大；反之，小盤及砝碼的總質(zhì)量越小于小車的質(zhì)量，誤差就越小．第23頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四3．平衡摩擦力不準造成誤差：在平衡摩擦力時，除了不掛小盤外，其他的都跟正式實驗一樣(比如要掛好紙帶、接通打點計時器)，勻速運動的標志是打點計時器打出的紙帶上點的距離相等．第24頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四

用如圖所示的裝置探究在作用力F一定時，小車的加速度a與小車質(zhì)量M的關(guān)系．某位同學設計的實驗步驟如下：題型1對實驗原理、步驟誤差分析的考查例1第25頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四A．用天平稱出小車和小桶及內(nèi)部所裝砂子的質(zhì)量；B．按圖裝好實驗器材；C．把輕繩系在小車上并繞過定滑輪懸掛砂桶；D．將電磁打點計時器接在6V電壓的蓄電池上，接通電源，放開小車，打點計時器在紙帶上打下一系列點，并在紙帶上標明小車質(zhì)量；E．保持小桶及其中砂子的質(zhì)量不變，增加小車上的砝碼個數(shù)，并記錄每次增加后的M值，重復上述實驗；F．分析每條紙帶，測量并計算出加速度的值；G．作a-M關(guān)系圖象，并由圖象確定a-M關(guān)系．第26頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四(1)該同學漏掉的重要實驗步驟是________，該步驟應排在________步實驗之后．(2)在上述步驟中，有錯誤的是________，應把________改為________．(3)在上述步驟中，處理不恰當?shù)氖莀_______，應把________改為________．第27頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四第28頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四第29頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四理解實驗原理、掌握實驗步驟及電磁打點計時器的使用是解決本題的關(guān)鍵．第30頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四

在探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實驗中，采用如圖所示的實驗裝置，小車及車中砝碼的質(zhì)量用M表示，盤及盤中砝碼的質(zhì)量用m表示，小車的加速度可由小車后拖動的紙帶上由打點計時器打上的點計算出．變式訓練1-1第31頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四(1)當M與m的大小關(guān)系滿足________時，才可以認為繩對小車的拉力大小等于盤及盤中砝碼的重力．(2)一組同學在做加速度與質(zhì)量的關(guān)系實驗時，保持盤及盤中砝碼的質(zhì)量一定，改變小車及車中砝碼的質(zhì)量，測出相應的加速度，采用圖象法處理數(shù)據(jù)．為了比較容易地確定出加速度a與質(zhì)量M的關(guān)系，應該作a與________的圖象．(3)如圖(a)為甲同學根據(jù)測量數(shù)據(jù)作出的a-F圖線，說明實驗存在的問題是________________________________________．第32頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四(4)乙、丙同學用同一裝置做實驗，畫出了各自得到的a-F圖線如圖(b)所示，兩個同學做實驗時的哪一個物理量取值不同？____________________________________.第33頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四第34頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四(3)圖(a)甲同學根據(jù)測量數(shù)據(jù)作出的a-F圖線沒有過原點，圖象交于F軸上一點，說明沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠．(4)乙、丙同學用同一裝置做實驗，畫出了各自得到的a-F圖線，兩圖線的斜率不同，說明兩個同學做實驗時的小車及車上砝碼的總質(zhì)量不同．答案：(1)M?m

(2)1/M

(3)沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠(4)小車及車上的砝碼的總質(zhì)量不同第35頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四

某同學設計了一個探究加速度a與物體所受合力F及質(zhì)量m關(guān)系的實驗，甲為實驗裝置簡圖(交流電的頻率為50Hz)．題型2數(shù)據(jù)處理例2第36頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四第37頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四第38頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四第39頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四(3)保持小車的質(zhì)量不變，改變砂和砂桶的質(zhì)量，該同學根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出了加速度a隨合力F的變化圖線，如圖所示．該圖線不通過原點，請你分析其主要原因是__________________________________________．第40頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四第41頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四第42頁，共45頁，202