第2節(jié)　實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系 課件

物理第四章運(yùn)動和力的關(guān)系第2節(jié)實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系01基礎(chǔ)儲備明確原理02熱點(diǎn)實(shí)驗(yàn)典例解讀一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．學(xué)會用控制變量法探究物理規(guī)律．2．探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系．3．掌握利用圖像處理數(shù)據(jù)的方法．二、實(shí)驗(yàn)原理采用控制變量法，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．控制小車的質(zhì)量M不變，分析加速度a與力F的關(guān)系．2．控制砝碼和小盤的質(zhì)量不變，即力F不變，改變小車的質(zhì)量M，分析加速度a與M的關(guān)系．三、實(shí)驗(yàn)器材打點(diǎn)計(jì)時器、紙帶、復(fù)寫紙片、小車、一端附有定滑輪的長木板、小盤、重物、夾子、細(xì)繩、交流電源、導(dǎo)線、天平(帶有一套砝碼)、刻度尺．四、實(shí)驗(yàn)步驟1．測質(zhì)量：用天平測量小盤的質(zhì)量m0和小車的質(zhì)量M0.2．安裝器材：按如圖所示將實(shí)驗(yàn)器材安裝好(小車上不系繩)．3．平衡摩擦力：把木板無滑輪的一端下面墊一薄木塊，反復(fù)移動其位置，使小車在不掛小盤和砝碼的情況下，能沿木板做勻速直線運(yùn)動(紙帶上相鄰點(diǎn)的間距相等)．4．測a、F(1)把小車停在打點(diǎn)計(jì)時器處，掛上小盤和砝碼，先接通電源，再讓小車拖著紙帶在木板上勻加速下滑，打出一條紙帶，紙帶記錄了小車的運(yùn)動情況，取下紙帶并在紙帶上標(biāo)上號碼及此時所掛小盤和砝碼的總重力m1g.(2)保持小車的質(zhì)量不變，改變小盤中砝碼的質(zhì)量，重復(fù)步驟(1)，多做幾次實(shí)驗(yàn)，并記錄好相應(yīng)紙帶的編號及所掛小盤和砝碼的總重力m2g，m3g，…5．測a、M(1)保持小車所受的合外力不變，在小車上加砝碼，接通電源后放開小車，用紙帶記錄小車的運(yùn)動情況，取下紙帶，并在紙帶上標(biāo)上號碼及小車和砝碼的總質(zhì)量M1.(2)繼續(xù)在小車上增加砝碼，重復(fù)步驟(1)，多做幾次實(shí)驗(yàn)，在每次實(shí)驗(yàn)得到的紙帶上標(biāo)上號碼及小車和砝碼的總質(zhì)量M2，M3，…五、數(shù)據(jù)處理1．把小車在不同力作用下產(chǎn)生的加速度填在表中．物理量123456作用力F

加速度a

以a為縱坐標(biāo)、F為橫坐標(biāo)，根據(jù)數(shù)據(jù)作a－F圖像，找出規(guī)律，分析a與F的關(guān)系．2．把不同質(zhì)量的小車(小車和砝碼)在相同力的作用下產(chǎn)生的加速度大小填在表中．3．實(shí)驗(yàn)結(jié)論(1)保持物體質(zhì)量不變時，物體的加速度a與所受力F成正比．(2)在力F不變時，物體的加速度a與質(zhì)量M成反比．六、誤差分析1．系統(tǒng)誤差：本實(shí)驗(yàn)用小盤和砝碼的總重力mg代替小車的拉力，而實(shí)際上小車所受的拉力要小于小盤和砝碼的總重力．小盤和砝碼的總質(zhì)量越接近于小車的質(zhì)量，誤差越大；反之，小盤和砝碼的總質(zhì)量越小于小車的質(zhì)量，由此引起的誤差就越小．因此，要求小盤和砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量是為了減小因?qū)嶒?yàn)原理不完善而引起的誤差．2．偶然誤差：摩擦力平衡不準(zhǔn)確、質(zhì)量測量不準(zhǔn)確、計(jì)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．平衡摩擦力時不要掛重物．整個實(shí)驗(yàn)平衡了摩擦力后，不管以后是改變小盤和砝碼的質(zhì)量還是改變小車和砝碼的質(zhì)量，都不需要重新平衡摩擦力．2．實(shí)驗(yàn)中必須使小車和砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)大于小盤和砝碼的總質(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，且應(yīng)在小車到達(dá)滑輪前按住小車．4．作圖像時，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)盡可能對稱分布在所作直線兩側(cè)．熱點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)操作

【例1】在探究加速度與物體所受合外力和質(zhì)量間的關(guān)系時，采用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置，小車及車中的砝碼的總質(zhì)量用M表示，盤及盤中的砝碼的總質(zhì)量用m表示，小車的加速度可由小車后拖動的紙帶上的由打點(diǎn)計(jì)時器打出的點(diǎn)計(jì)算得出．(1)當(dāng)M與m的大小關(guān)系滿足________時，才可以認(rèn)為細(xì)線對小車的拉力大小等于盤和盤中砝碼的重力．(2)一組同學(xué)在保持盤及盤中的砝碼質(zhì)量一定的情況下，探究加速度與小車質(zhì)量的關(guān)系．以下做法正確的是________．(3)在保持小車及車中的砝碼質(zhì)量M一定，探究加速度與所受合外力的關(guān)系時，由于平衡摩擦力時操作不當(dāng)，兩位同學(xué)得到的a－F關(guān)系分別如圖中甲、乙所示(a是小車的加速度，F(xiàn)是細(xì)線作用于小車的拉力)，其原因分別是：甲圖：_____________________________________.乙圖：___________________________________.[針對訓(xùn)練1]

(多選)如圖所示的“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，下列說法正確的是(

)A．應(yīng)盡量保證小車的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于槽碼的總質(zhì)量B．應(yīng)將木板右端適當(dāng)墊高以補(bǔ)償阻力C．應(yīng)保證牽引小車的細(xì)線與木板平行D．應(yīng)采用控制變量法分別研究加速度與質(zhì)量及加速度與力的關(guān)系√√√解析：“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)原理為：近似認(rèn)為槽碼的總重力為小車所受合力，所以需要補(bǔ)償阻力，需要牽引小車的細(xì)線與木板平行，B、C正確；實(shí)驗(yàn)中運(yùn)用控制變量法研究各量間的關(guān)系，D正確；應(yīng)使槽碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的總質(zhì)量，A錯誤．熱點(diǎn)二數(shù)據(jù)處理和誤差分析

【例2】(2022·湖北宜城三中期中)某實(shí)驗(yàn)小組用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置圖，做“探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)．(1)如果某次實(shí)驗(yàn)打點(diǎn)計(jì)時器打出的一條記錄小車運(yùn)動的紙帶如圖乙所示，取計(jì)數(shù)點(diǎn)A、B、C、D、E、F、G，紙帶上兩相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)的時間間隔為T

＝0.10s，用刻度尺測量出各相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離如圖乙所示(單位：cm)，則小車運(yùn)動的加速度大小a＝________m/s2，打紙帶上C點(diǎn)時小車的瞬時速度大小vC＝________m/s.(結(jié)果均保留2位有效數(shù)字)(2)如果實(shí)驗(yàn)由于沒有注意始終滿足M?m的條件，結(jié)果得到的圖像應(yīng)是下圖中的________．[易錯警示]

實(shí)驗(yàn)中作出的a－F圖像有時不過原點(diǎn)，造成這種現(xiàn)象的主要原因是：實(shí)驗(yàn)中沒有考慮所掛重物的托盤的質(zhì)量，誤將重物的重力等于拉力F，或是平衡摩擦力時墊得太高了，此時會出現(xiàn)圖像甲的情況；若實(shí)驗(yàn)中沒有平衡摩擦力或摩擦力平衡不充分，則會出現(xiàn)圖像乙的情況．[針對訓(xùn)練2]如圖所示“探究加速度與力的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置.(1)平衡摩擦力時，要先________(選填“掛上”或“取下”)鉤碼進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作.(2)平衡摩擦力后，在小車內(nèi)放入4個相同的砝碼，并保持小車和砝碼的總質(zhì)量不變．逐漸增加鉤碼的個數(shù)，測量小車(包括砝碼)的加速度和鉤碼重力，探究加速度與力的關(guān)系．這樣操作比不在小車上放砝碼而進(jìn)行同樣的實(shí)驗(yàn)，結(jié)果會更______(選填“準(zhǔn)確”或“不準(zhǔn)確”)．(3)如果平衡摩擦力時過度，木板與桌面的夾角偏大，掛1個鉤碼時，測得小車的加速度為a，掛2個鉤碼時，測得小車的加速度為a′，則a′______2a(選填“＞”或“＜”)．解析：(1)由于平衡摩擦力時是利用小車重力沿斜面方向上的分力與摩擦力平衡，檢驗(yàn)的方法是看小車是否做勻速運(yùn)動，故操作過程中應(yīng)將鉤碼取下．(2)在本實(shí)驗(yàn)中是將鉤碼重力作為小車所受合力的，而實(shí)際上當(dāng)小車加速運(yùn)動時鉤碼也加速下降，繩中拉力小于鉤碼的重力，且鉤碼相對小車質(zhì)量越大，這種系統(tǒng)誤差越大，故在小車上放置砝碼越多，系統(tǒng)誤差越小．(3)當(dāng)木板與桌面間夾角偏大時，重力沿板面的分力大于摩擦力，二者合力設(shè)為F0，則掛1個鉤碼時有mg＋F0＝Ma，掛2個時2mg＋F0＝Ma′，可見Ma′＝2mg＋F0<2mg＋2F0＝2Ma，即a′<2a.答案：(1)取下(2)準(zhǔn)確(3)<熱點(diǎn)三實(shí)驗(yàn)改進(jìn)與創(chuàng)新

【例3】如圖，小明同學(xué)利用拉力傳感器和速度傳感器探究加速度與物體受力的關(guān)系，在長木板上相距為L的兩點(diǎn)各安裝一個速度傳感器A、B，分別記錄小車到達(dá)A、B時的速率，主要實(shí)驗(yàn)步驟如下：①調(diào)整長木板的傾斜角度，平衡小車受到的摩擦力；②釋放小車，讓小車依次經(jīng)過A、B速度傳感器，記錄速度vA、vB和拉力傳感器的數(shù)值F；③增加鉤碼數(shù)量，重復(fù)步驟②③，得到多組數(shù)據(jù)；④利用以上各組數(shù)據(jù)計(jì)算出小車加速度a，并作出a－F

圖像．(1)本實(shí)驗(yàn)有關(guān)的說法正確的是________．A．兩速度傳感器之間的距離應(yīng)適當(dāng)遠(yuǎn)些B．平衡小車受到的摩擦力時要掛上鉤碼C．改變所掛鉤碼的數(shù)量時，要使所掛鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量D．不必用天平測出小車和車上的拉力傳感器的總質(zhì)量(2)步驟④中小車加速度a＝__________________(請用題中符號表示)．(3)根據(jù)本實(shí)驗(yàn)作出的a－F圖像最接近_______________________．[解析]

(1)兩速度傳感器之間的距離應(yīng)適當(dāng)遠(yuǎn)些，增大L，可以減小誤差，故A正確；平衡摩擦力時，不能將鉤碼通過細(xì)線掛在小車上，只讓小車拖著紙帶在木板上勻速運(yùn)動，故B錯誤；由于拉力是通過傳感器測得的，故不需要滿足所掛鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量，故C錯誤；由于探究加速度與物體受力的關(guān)系，所以不必用天平測出小車和車上的拉力傳感器的總質(zhì)量，故D正確．[針對訓(xùn)練3]兩個相同的小車并排放在光滑水平桌面上，小車前端系上細(xì)線，線的另一端跨過定滑輪各掛一個小盤，盤里分別放有不同質(zhì)量的砝碼(圖甲)．小車所受的水平拉力F的大小可以認(rèn)為等于砝碼(包括砝碼盤)所受的重力大?。≤嚭蠖艘蚕涤屑?xì)線，用一只夾子夾住兩根細(xì)線(圖乙)，控制兩輛小車同時開始運(yùn)動和結(jié)束運(yùn)動．解析：實(shí)驗(yàn)過程中