2018-2019學年高中物理 第四章 牛頓運動定律 4.2 實驗探究加速度與力、質量的關系課件2 新人教版必修1.ppt

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1、2 實驗:探究加速度與力、質量的關系,【實驗目的】 1.學會用控制變量法探究物理規(guī)律。 2.探究加速度與力、質量的關系。 3.掌握利用圖象處理數(shù)據(jù)的方法。,【實驗原理】 1.實驗的基本思想——控制變量法 (1)保持研究對象即小車的質量不變,改變小桶內砂的質量,即改變作用力,測出小車的對應加速度,驗證加速度是否正比于作用力。 (2)保持小桶中砂的質量不變,即保持作用力不變,改變研究對象的質量,測出對應不同質量的加速度,驗證加速度是否反比于質量。,2.三個物理量的測量 (1)小車質量的測量 利用天平測出,在小車上增減砝碼可改變小車的質量。 (2)拉力的測量 當小桶和砂的質量遠小于小車的質量時,可以

2、認為小桶和砂的重力近似等于對小車的拉力,即F≈mg。,(3)加速度的測量:逐差法。放在長木板上的小車在拉力的作用下做勻加速直線運動。,【實驗器材】 小車、砝碼、小桶、砂、細線、一端附有定滑輪的長木板、墊木、打點計時器、交流電源、紙帶、刻度尺、天平。,【實驗過程】 一、實驗步驟 1.用天平測量小盤的質量m0和小車的質量M0,并把數(shù)值記錄下來。,2.按圖實驗器材安裝好(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板,反復移動其位置,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動(直到打點計時器打出的紙帶上相鄰點的間距相等)。 4.把小車停放在打點計時器處,掛上小盤和砝碼

3、,先接通電源后放開小車,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和砝碼的總重力m1g。,5.保持小車的質量不變,改變小盤中砝碼的質量,重復步驟4,多做幾次實驗,并記錄好相應紙帶的編號及所掛小盤和砝碼的總重力m2g、m3g… 6.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動情況;取下紙帶,并在紙帶上標上號碼及小車和砝碼的總質量M1。,7.繼續(xù)在小車上增加砝碼,重復步驟6,多做幾次實驗,在每次實驗得到的紙帶上標上號碼及小車和砝碼的總質量M2、M3… 8.用公式Δx=aT2或a= 求得小車的加速度a,將得到的數(shù)據(jù)填入相應表格中,以便進行

4、數(shù)據(jù)驗證。,二、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:,以a為縱坐標、F為橫坐標,根據(jù)數(shù)據(jù)作a-F 圖象,用曲線擬合測量點,找出規(guī)律,分析a與F的關系。,2.把不同質量的小車(小車和砝碼)在相同力的作用下產(chǎn)生的加速度填在表中:,分別以a為縱坐標、M和 為橫坐標,根據(jù)數(shù)據(jù)作a-M 圖象和a- 圖象,分析a與M的關系。,3.實驗結論: (1)保持物體質量不變時,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與質量M成反比。,【誤差分析】 1.實驗原理不完善造成系統(tǒng)誤差: 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

5、力),存在系統(tǒng)誤差;小盤和砝碼的總質量越接近小車的質量,誤差就越大,反之,小盤和砝碼的總質量越小于小車的質量,誤差就越小。,2.測量、操作不夠準確造成偶然誤差: (1)質量的測量誤差。,(2)紙帶上打點計時器打點間隔距離的測量誤差。,(3)拉線或紙帶不與木板平行會造成誤差。 (4)平衡摩擦力不夠(或過度)造成的誤差,該誤差使作出的圖線在橫軸(或縱軸)上產(chǎn)生截距。,【注意事項】 1.實驗中小車靠近打點計時器且應先接通電源后釋放小車。 2.在平衡摩擦力時,不要懸掛小桶,但小車應連著紙帶且接通電源。用手輕輕地給小車一個初速度,如果在紙帶上打出的點的間隔均勻,表明小車受到的阻力跟它受到的重力沿斜面向下

6、的分力平衡。,3.改變砂的質量過程中,要始終保證小桶(包括砂)的質量遠小于小車的質量。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對稱分布在所作直線兩側。若遇到個別偏離較遠的點可舍去。,類型一 實驗操作 【典例1】用如圖所示的裝置研究在作用力F一定時,小車的加速度a與小車質量M的關系,某位同學設計的實驗步驟如下: 導學號28974096,A.用天平稱出小車和小桶及內部所裝砂子的質量 B.按圖示安裝好實驗器材 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6 V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的質量,E.

7、保持小桶及內部砂子的質量不變,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關系圖象,并由圖象確定a與M的關系,(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_______。,【正確解答】實驗中把小桶及其中砂子的重力看作與 小車所受拉力大小相等,沒有考慮摩擦力,故在懸掛砂 桶前必須平衡摩擦力。電磁打點

8、計時器接在6 V電壓的 蓄電池上時不能打點,必須接在6 V以下交流電壓的學 生電源上。作a-M關系圖象,得到的是雙曲線的一支,很 難做出正確的判斷,必須“化曲為直”,改作a- 關系 圖象。,答案:(1)平衡摩擦力 B (2)D 6 V電壓的蓄電池 6 V以下交流電壓的學生電源 (3)G a-M a-,類型二 實驗數(shù)據(jù)處理 【典例2】某組同學設計了“探究加速度a與物體所受合力F及質量m的關系”實驗。如圖所示為實驗裝置簡圖,A為小車,B為電火花計時器,C為裝有細砂的小桶,D為一端帶有定滑輪的長方形木板,實驗中認為細繩對小車的拉力F等于細砂和小桶的總重量,小車運動的加速度a可用紙帶上打出的點求得。

9、導學號28974097,(1)如圖所示為某次實驗得到的紙帶,已知實驗所用電源的頻率為50 Hz。根據(jù)紙帶可求出電火花計時器打B點時的速度大小為_______m/s,小車的加速度大小為_______m/s2。(結果均保留兩位有效數(shù)字),(2)在“探究加速度a與質量m的關系”時,某同學按照自己的方案將實驗數(shù)據(jù)在坐標系中進行了標注,但尚未完成圖象(如圖所示)。請繼續(xù)幫助該同學作出坐標系中的圖象。,【正確解答】(1)AC這段位移的平均速度等于AC這段 時間中間時刻的瞬時速度,即B點的瞬時速度, 故vB= m/s≈1.6 m/s。 由逐差法求解小車的加速度a= m/s2≈3.2 m/s2,(2)將坐標系中各點連成一條直線,連接時應使直線過盡可能多的點,不在直線上的點應大致對稱地分布在直線的兩側,離直線較遠的點應視為錯誤數(shù)據(jù),不予考慮,連線如圖所示。,答案:(1)1.6 3.2 (2)見正確解答圖,