探究加速度與力質(zhì)量的關(guān)系省賽一等獎

§42實驗:探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系小車紙帶打點計時器溫故知新:牛頓第一定律：一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)。生活經(jīng)驗：用大的力推物體，物體會獲得大的加速度；而用小的力推相同的物體，物體會獲得小的加速度。加速度和力之間存在什么樣的關(guān)系呢？復(fù)習(xí)思考：？力運動狀態(tài)變化速度變化產(chǎn)生加速度力是產(chǎn)生加速度的原因加速度a可能與F和m有怎樣的關(guān)系思考mF1mF2F1<F2m2Fm1<m2m1Fa1<a2a1＞a2注意：這里的力指的是物體所受的合力物體的加速度a與所受到的合外力F、物體質(zhì)量m有怎樣的定量關(guān)系？

研究方法：控制變量法保持m不變，改變F，研究a與F的關(guān)系;保持F不變，改變m，研究a與m的關(guān)系。明確幾個問題:2如何由實驗得出結(jié)論1怎么設(shè)計這個實驗1測量哪些量2怎么測量數(shù)據(jù)處理：m不變時，a與F關(guān)系；F不變時，a與m關(guān)系。a、F、m

m：a:F:天平求出物體所受的合力如何測量加速度a:1直接測量2間接比較構(gòu)建一勻變速直線運動打點計時器光電門對應(yīng)儀器控制運動時間t相同a與成正比,用比較a的大小【實驗器材】打點計時器，紙帶及復(fù)寫紙，小車，一端附有滑輪的長木板，小盤和砝碼，細繩，低壓交流電源，導(dǎo)線，天平，刻度尺．1用天平測出小車的質(zhì)量。2安裝好實驗裝置，在小車上裝好紙帶，紙帶另一端穿過計時器限位孔，調(diào)整木板傾斜程度，平衡摩擦力。3控制小車質(zhì)量不變，用細線將鉤碼與小車相連（鉤碼質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量），打開打點計時器，釋放小車，測出一組數(shù)據(jù)。4改變鉤碼質(zhì)量，多測幾組數(shù)據(jù)。5控制鉤碼質(zhì)量不變，改變小車質(zhì)量，再測幾組數(shù)據(jù)?！緦嶒灢襟E】◆．實驗設(shè)計:方案一：用打點計時器探究小車：研究對象，可用天平稱其質(zhì)量M打點計時器：測量小車運動過程中的加速度a砝碼盤和砝碼：重力mg提供拉力合力F=GFNFf平衡摩擦力：GG1FNfG1平衡摩擦力f。當M>>m時，可近似認為小車所受的拉力F等于mg演示實驗1：探究加速度a與力F的關(guān)系F/Na/m·s-20.150.300.450.600.7500.10.20.30.40.5當小車質(zhì)量不變時次數(shù)F/Na/m·s-21234501001460200302030042804005920500751如何更直觀地處理數(shù)據(jù)？【數(shù)據(jù)處理】1．實驗數(shù)據(jù)的記錄處理：M一定，a與F關(guān)系結(jié)論：M一定時，a∝F演示實驗2：探究加速度a與質(zhì)量m的關(guān)系m/kga/m·s-20.20.40.60.81.000.20.40.60.81.01.2a/m·s-20.20.40.60.81.000.51.01.52.02.5/kg-1m1當拉力不變時次數(shù)m/kga/m·s-210.86120.69230.4704151.200/kg-12.502.001.331.000.83m10.4000.5000.7500.3520.2902．實驗數(shù)據(jù)的記錄處理：F一定，a與M的關(guān)系結(jié)論：F一定時，a∝1/M光電門1光電門2擋光板△xX/t方案二:利用氣墊導(dǎo)軌來探究光電門數(shù)字計時器小車小車夾子ＦＦ方案三：對比試驗法由于兩小同時啟動、同時停止,故運動時間相等Ｖ０＝０；ｔ相同時讓兩小車的質(zhì)量相同m1=m2，兩托盤鉤碼的個數(shù)不同F(xiàn)1≠F2。探究a與F的關(guān)系時探究a與m的關(guān)系時讓兩托盤鉤碼的個數(shù)相同F(xiàn)1=F2兩小車的質(zhì)量不同m1≠m2。保持力不變設(shè)計對比實驗保持小車質(zhì)量不變裝置圖實驗方案原理x1x2F1F2在相同的時間內(nèi)，兩小車移動的距離分別為:a1/a2=1/2測量出1、21控制m不變，探究a與F的關(guān)系。2同理，控制F相同，探究a與m的關(guān)系。Ｖ０＝０；ｔ相同◆誤差分析M一定，a與F的關(guān)系；a/m·s-2F/N0結(jié)論：在M一定時，a與F成正比；思考1：該圖像斜率的物理意義；思考2：如圖粉顏色圖線是由于原因?qū)е碌?？思?：如圖藍顏色圖線是由于原因?qū)е碌模縜0F0結(jié)論：沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不充分（木板的傾角過?。┙Y(jié)論：平衡摩擦力過度；◆誤差分析:（系統(tǒng)誤差OR偶然誤差）0Fa0Fa①平衡摩擦力過度②沒有平衡摩擦力或木板的傾角過小1、不過原點的直線2、實驗數(shù)據(jù)明顯不共線——彎曲圖線①軌道粗糙程度不均勻②砂桶總質(zhì)量沒有遠小于小車質(zhì)量0a§證明：當m<<M時，a--F圖像下彎（斜率變?。┑珜嶋H上當小車質(zhì)量M恒定：理論上應(yīng)該是正比例圖像【注意事項】1．在平衡摩擦力時，不要把懸掛小盤的細線系在小車上，即不要給小車加任何牽引力，并要讓小車拖著打點的紙帶運動．2．每條紙帶必須在滿足小車與車上所加砝碼的總質(zhì)量遠大于小盤和砝碼的總質(zhì)量的條件下打出．只有如此，小車受到的拉力才可視為等于小盤和砝碼的總重力．3．改變拉力和小車質(zhì)量后，每次開始時小車應(yīng)盡量靠近打點計時器，并應(yīng)先接通電源，再放開小車，且應(yīng)在小車到達滑輪前按住小車．【誤差來源】1．測量誤差：（1）質(zhì)量的測量．（2）打點間隔距離的測量．2．操作誤差偶然誤差：（1）拉線或紙帶不與木板平行．（2）傾斜角度不當，平衡摩擦力不準．3．原理誤差（系統(tǒng)誤差）：本實驗中用小盤和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和砝碼的總重力，存在系統(tǒng)誤差

例1：在探究“加速度與力、質(zhì)量的”關(guān)系實驗中，關(guān)于小車所受的合力，下列敘述中正確的是（）

A．小車所受合力就是所掛吊盤和砝碼的重力

B．小車所受合力的大小等于吊盤和砝碼通過細繩對小車的拉力。

C．只有平衡摩擦力后，小車所受合力才等于細繩對小車的拉力

D．只有平衡摩擦力后,且小車的質(zhì)量遠大于吊盤與砝碼的總質(zhì)量時小車所受合力可以認為等于吊盤和砝碼的重力

D

例2：在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗中，采用如圖所示的裝置．”

1本實驗應(yīng)用的實驗方

控制變量法

2下列說法中正確的是A．在探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系時，應(yīng)改變拉力的大小

B．在探究加速度與外力的關(guān)系時，應(yīng)該改變小車的質(zhì)量

的關(guān)系時，為了直觀判斷二者間的關(guān)系，應(yīng)作出圖像。

D．當小車的質(zhì)量遠大于托盤和砝碼的總質(zhì)量時，才能近似認為細線對小車的拉力大小等于托盤和砝碼的總重力大小

CD3某同學(xué)測得小車的加速度a和拉力F的數(shù)據(jù)如表所示（小車質(zhì)量保持不變）

F/N

020

030

040

050

060

a/m·s－2

010

020

028

040

052

根據(jù)表中的數(shù)據(jù)在坐標圖上作出a-F圖像

例2：在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗中，采用如圖所示的裝置．圖線不過原點的原因可能是？未平衡摩擦力或平衡摩擦力不充分。

某同學(xué)設(shè)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)系的的實驗，如圖所示，圖甲為實驗裝置簡圖，交流電的頻率為50H

隨堂練習(xí)1圖乙為某次實驗得到的紙帶，根據(jù)紙帶可求出小車加速度大小為________m/s2保留兩位有效數(shù)字

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某同學(xué)設(shè)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)系的的實驗，如圖所示，圖甲為實驗裝置簡圖，交流電的頻率為50H

隨堂練習(xí)

3保持小車質(zhì)量不變，改變砂和砂桶質(zhì)量，該同學(xué)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_______________________________

未平衡摩擦力或平衡摩擦力不充分。隨堂練習(xí)2在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗中，在研究作用力一定時加速度與質(zhì)量成反比的結(jié)論時，下列說法中錯誤的是”

A．平衡摩擦力時，應(yīng)將裝砂的小桶用細繩通過定滑輪系在小車上

B．每次改變小車質(zhì)量時，不需要重新平衡摩擦力

C．實驗時，先放開小車，再接通打點計時器電源

D．小車運動的加速度，可從天平測出裝砂小桶和砂的質(zhì)量m及小車質(zhì)量M直接用公式求出ACD隨堂練習(xí)3．關(guān)于本節(jié)的實驗操作，下列說法中符合實際的是

A．通過同時改變小車的質(zhì)量m及受到的拉力F的研究，能歸納出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系

B．通過保持小車質(zhì)量不變，只改變小車的拉力的研究，就可以歸納出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系

C．通過保持小車受力不變，只改變小車質(zhì)量的研究，就可以得出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系

D．先不改變小車質(zhì)