探究加速度與力質(zhì)量的關(guān)系省賽一等獎(jiǎng)

§42實(shí)驗(yàn):探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系小車紙帶打點(diǎn)計(jì)時(shí)器溫故知新:牛頓第一定律：一切物體總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(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(yàn)：用大的力推物體，物體會(huì)獲得大的加速度；而用小的力推相同的物體，物體會(huì)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(yùn)動(dòng)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(gè)問題:2如何由實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論1怎么設(shè)計(jì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)1測量哪些量2怎么測量數(shù)據(jù)處理：m不變時(shí)，a與F關(guān)系；F不變時(shí)，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(yùn)動(dòng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器光電門對(duì)應(yīng)儀器控制運(yùn)動(dòng)時(shí)間t相同a與成正比,用比較a的大小【實(shí)驗(yàn)器材】打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(xì)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(shí)驗(yàn)裝置，在小車上裝好紙帶，紙帶另一端穿過計(jì)時(shí)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(xì)線將鉤碼與小車相連（鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量），打開打點(diǎn)計(jì)時(shí)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)。【實(shí)驗(yàn)步驟】◆．實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì):方案一：用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器探究小車：研究對(duì)象，可用天平稱其質(zhì)量M打點(diǎn)計(jì)時(shí)器：測量小車運(yùn)動(dòng)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(dāng)M>>m時(shí)，可近似認(rèn)為小車所受的拉力F等于mg演示實(shí)驗(yàn)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(dāng)小車質(zhì)量不變時(shí)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(shí)驗(yàn)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(shí)，a∝F演示實(shí)驗(yàn)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(dāng)拉力不變時(shí)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(shí)驗(yàn)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(shí)，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(jì)時(shí)器小車小車夾子ＦＦ方案三：對(duì)比試驗(yàn)法由于兩小同時(shí)啟動(dòng)、同時(shí)停止,故運(yùn)動(dòng)時(shí)間相等Ｖ０＝０；ｔ相同時(shí)讓兩小車的質(zhì)量相同m1=m2，兩托盤鉤碼的個(gè)數(shù)不同F(xiàn)1≠F2。探究a與F的關(guān)系時(shí)探究a與m的關(guān)系時(shí)讓兩托盤鉤碼的個(gè)數(shù)相同F(xiàn)1=F2兩小車的質(zhì)量不同m1≠m2。保持力不變?cè)O(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)保持小車質(zhì)量不變裝置圖實(shí)驗(yàn)方案原理x1x2F1F2在相同的時(shí)間內(nèi)，兩小車移動(dòng)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(shí)，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碌模克伎?：如圖藍(lán)顏色圖線是由于原因?qū)е碌?？a0F0結(jié)論：沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不充分（木板的傾角過小）結(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(diǎn)的直線2、實(shí)驗(yàn)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(yuǎn)小于小車質(zhì)量0a§證明：當(dāng)m<<M時(shí)，a--F圖像下彎（斜率變?。┑珜?shí)際上當(dāng)小車質(zhì)量M恒定：理論上應(yīng)該是正比例圖像【注意事項(xiàng)】1．在平衡摩擦力時(shí)，不要把懸掛小盤的細(xì)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(diǎn)的紙帶運(yùn)動(dòng)．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(yuǎn)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(shí)小車應(yīng)盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，并應(yīng)先接通電源，再放開小車，且應(yīng)在小車到達(dá)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(diǎn)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(dāng)，平衡摩擦力不準(zhǔn)．3．原理誤差（系統(tǒng)誤差）：本實(shí)驗(yàn)中用小盤和砝碼的總重力代替小車受到的拉力實(shí)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(shí)驗(yàn)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(xì)繩對(duì)小車的拉力。

C．只有平衡摩擦力后，小車所受合力才等于細(xì)繩對(duì)小車的拉力

D．只有平衡摩擦力后,且小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于吊盤與砝碼的總質(zhì)量時(shí)小車所受合力可以認(rèn)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(shí)驗(yàn)中，采用如圖所示的裝置．”

1本實(shí)驗(yàn)應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)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(shí)，應(yīng)改變拉力的大小

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

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

D．當(dāng)小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于托盤和砝碼的總質(zhì)量時(shí)，才能近似認(rèn)為細(xì)線對(duì)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(biāo)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(shí)驗(yàn)中，采用如圖所示的裝置．圖線不過原點(diǎn)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(jì)了一個(gè)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(shí)驗(yàn)，如圖所示，圖甲為實(shí)驗(yàn)裝置簡圖，交流電的頻率為50H

隨堂練習(xí)1圖乙為某次實(shí)驗(yàn)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

319

某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)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(shí)驗(yàn)，如圖所示，圖甲為實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(diǎn)，請(qǐng)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(shí)驗(yàn)中，在研究作用力一定時(shí)加速度與質(zhì)量成反比的結(jié)論時(shí)，下列說法中錯(cuò)誤的是”

A．平衡摩擦力時(shí)，應(yīng)將裝砂的小桶用細(xì)繩通過定滑輪系在小車上

B．每次改變小車質(zhì)量時(shí)，不需要重新平衡摩擦力

C．實(shí)驗(yàn)時(shí)，先放開小車，再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源

D．小車運(yùn)動(dòng)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(shí)驗(yàn)操作，下列說法中符合實(shí)際的是

A．通過同時(shí)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)