高三物理一輪精品課件 實驗四 探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系課件 新人教版.ppt

實驗四探究加速度與力 質(zhì)量的關(guān)系 一 實驗?zāi)康? 學(xué)會用控制變量法研究物理規(guī)律 2 驗證牛頓第二定律 3 掌握利用圖象處理數(shù)據(jù)的方法 二 實驗原理控制變量法 在所研究的問題中 有兩個以上的參量在發(fā)生牽連變化時 可以控制某個或某些量不變 只研究其中兩個量之間的變化關(guān)系的方法 這也是物理學(xué)中研究問題時經(jīng)常采用的方法 本實驗中 研究的參量為f m和a 可以控制參量m一定 研究f與a的關(guān)系 也可控制參量f一定 研究m與a的關(guān)系 三 實驗器材打點計時器 紙帶及復(fù)寫紙 小車 一端附有定滑輪的長木板 小盤和砝碼 夾子 細(xì)繩 低壓交流電源 導(dǎo)線 天平 刻度尺 四 實驗步驟1 用天平測出小車和小盤的質(zhì)量m和m 把數(shù)值記錄下來 2 按照如圖所示裝置把實驗器材安裝好 只是不把懸掛小盤的細(xì)線系在小車上 即不給小車加牽引力 3 平衡摩擦力 在長木板的不帶定滑輪的一端下面墊上一塊薄木塊 反復(fù)移動木板的位置 直至小車在斜面上運動時可以保持勻速運動狀態(tài) 這時小車拖著紙帶運動時受到的摩擦力恰好與小車所受重力在斜面方向上的分力平衡 4 把細(xì)繩系在小車上并繞過滑輪懸掛小盤且讓小車靠近打點計時器 先接通電源再放開小車 打點計時器在紙帶上打下一系列的點 打點完成后切斷電源 取下紙帶 在紙帶上標(biāo)上紙帶號碼 5 保持小車及車內(nèi)砝碼的質(zhì)量不變 在小盤內(nèi)放入質(zhì)量為m 的砝碼 重復(fù)步驟4 在小盤內(nèi)分別放入質(zhì)量為m 的砝碼 再重復(fù)步驟4 m m 的數(shù)值都要記錄在紙帶上 或表格內(nèi) 6 在每條紙帶上都選取一段比較理想的部分 標(biāo)明計數(shù)點 測量計數(shù)點間的距離 算出每條紙帶上的加速度的值 7 用縱坐標(biāo)表示加速度 橫坐標(biāo)表示力 根據(jù)實驗結(jié)果在坐標(biāo)平面上畫出相應(yīng)的點 若這些點在一條直線上 便證明了加速度與作用力成正比 8 保持砝碼和小盤的質(zhì)量不變 在小車上依次加砝碼 也需作好記錄 重復(fù)上述步驟 用縱坐標(biāo)表示加速度a 橫坐標(biāo)表示小車砝碼總質(zhì)量的倒數(shù) 在坐標(biāo)平面上根據(jù)實驗結(jié)果畫出相應(yīng)的點 如果這些點是在一條直線上 就證明加速度與質(zhì)量成反比 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 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 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 六 注意事項1 一定要做好平衡摩擦力的工作 也就是調(diào)出一個合適的斜面 使小車的重力沿著斜面方向的分力正好平衡小車受的摩擦阻力 在平衡摩擦力時 不要把懸掛重物的細(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的紙帶運動 2 實驗步驟2 3不需要重復(fù) 即整個實驗平衡了摩擦力后 不管以后是改變重物質(zhì)量 還是改變小車和砝碼的總質(zhì)量 都不需要重新平衡摩擦力 3 每條紙帶必須在滿足小車與車上所加砝碼的總質(zhì)量遠大于重物質(zhì)量的條件下打出 只有如此 重物重力才可視為小車受到的拉力 4 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 5 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(yīng)盡可能對稱分布在所作直線兩側(cè) 6 作圖時兩軸標(biāo)度比例要選擇適當(dāng) 各量須采用國際單位 這樣作圖線時 坐標(biāo)點間距不至于過密 誤差會小些 7 為提高測量精度 可以采取下列措施 1 應(yīng)舍掉紙帶上開頭比較密集的點 在后邊便于測量的地方找一個起點 2 可以把每打五次點的時間作為時間單位 即從開始點起 每隔四個點標(biāo)出一個計數(shù)點 而相鄰計數(shù)點間的時間間隔為t 0 1秒 七 誤差分析1 質(zhì)量的測量誤差 紙帶上打點計時器打點間隔距離的測量誤差 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 小盤和砝碼的總質(zhì)量越接近小車的質(zhì)量 誤差就越大 反之 小盤和砝碼的總質(zhì)量越小于小車的質(zhì)量 誤差就越小 3 平衡摩擦力不準(zhǔn)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(biāo)志是打點計時器打出的紙帶上相鄰點的距離相等 八 實驗改進本實驗中可以用氣墊導(dǎo)軌來代替長木板 這樣就省去了平衡小車摩擦力的麻煩 小車的加速度也可以利用傳感器 借助于計算機來處理 實驗原理和實驗誤差的分析 例1 在驗證牛頓第二定律的實驗中 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由打點計時器打上的點計算出 1 當(dāng)m與m的大小關(guān)系滿足 時 才可以認(rèn)為繩對小車的拉力大小等于盤及盤中砝碼的重力 2 一同學(xué)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(yīng)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(yīng)該作a與 的圖象 3 如圖 a 所示為甲同學(xué)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 4 乙 丙同學(xué)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(xué)做實驗時的哪一個物理量取值不同 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 實驗數(shù)據(jù)的處理 例2 2012年佛山模擬 某研究性學(xué)習(xí)小組欲探究光滑斜面上物體下滑的加速度與物體質(zhì)量及斜面傾角是否有關(guān)系 實驗室提供如下器材 a 表面光滑的長木板 長度為l b 小車 c 質(zhì)量為m的鉤碼若干個 d 方木塊 備用于墊木板 e 米尺 f 秒表 1 實驗過程 第一步 在保持斜面傾角不變時 探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系 實驗中 通過向小車放入鉤碼來改變物體的質(zhì)量 只要測出小車由斜面頂端滑至底端所用的時間t 就可以由公式a 求出a 某同學(xué)記錄了數(shù)據(jù)如下表所示 請先在如圖所示的坐標(biāo)紙上建立適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)軸后描點作圖 然后根據(jù)所作的圖線求出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭 進一步分析可知 光滑斜面上物體下滑的加速度與傾角的關(guān)系式為 2 該探究小組所采用的探究方法是 由mgsin ma可得 a gsin 故圖線a sin 的斜率即為當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?由圖可知 g k 9 80m s2 2 該探究小組采用的探究方法是控制變量法 例3 某同學(xué)設(shè)計了如圖所示的裝置來探究加速度與力的關(guān)系 彈簧秤固定在一合適的木板上 桌面的右邊緣固定一支表面光滑的鉛筆以代替定滑輪 細(xì)繩的兩端分別與彈簧秤的掛鉤和礦泉水瓶連接 在桌面上畫出兩條平行線mn pq 并測出間距d 開始時將木板置于mn處 現(xiàn)緩慢向瓶中加水 直到木板剛剛開始運動為止 記下彈簧秤的示數(shù)f0 以此表示滑動摩擦力的大小 再將木板放回原處并按住 繼續(xù)向瓶中加水后 記下彈簧秤的示數(shù)f1 然后釋放木板 并用秒表記下木板運動到pq處的時間t 1 木板的加速度可以用d t表示為a 為了減小測量加速度的偶然誤差可以采用的方法是 一種即可 2 改變瓶中水的質(zhì)量重復(fù)實驗 確定加速度a與彈簧秤示數(shù)f1的關(guān)系 下列圖象能表示該同學(xué)實驗結(jié)果的是 3 用加水的方法改變拉力的大小與掛鉤碼的方法相比 它的優(yōu)點是 a 可以改變滑動摩擦力的大小b