202X年高中物理第四章第2節(jié)實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系課件新人教版必修1

1、【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?.會(huì)用控制變量法研究物理規(guī)律。2.能夠通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系。3.學(xué)會(huì)用圖像法處理數(shù)據(jù)得出結(jié)論。【實(shí)驗(yàn)原理】1.探究方法控制變量法：(1)控制小車的質(zhì)量M不變,改變拉力F,探究加速度a與力F的關(guān)系。(2)控制砝碼和小盤的質(zhì)量m不變,即力F不變,改變小車的質(zhì)量M,探究加速度a與質(zhì)量M的關(guān)系。2.要測(cè)量的物理量：(1)小車與其上鉤碼的總質(zhì)量M。(2)小車受的拉力F(小盤和盤內(nèi)砝碼的總重力)。(3)小車的加速度a。3.測(cè)量加速度的方案：(1)應(yīng)用紙帶測(cè)加速度：在小車后面安裝一條通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器限位孔的紙帶,接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源后釋放小車,打出一條紙帶。然后,根據(jù)在勻變速直線運(yùn)動(dòng)

2、中連續(xù)相等的時(shí)間間隔T內(nèi)的位移之差x=aT2求出加速度。(2)應(yīng)用勻變速運(yùn)動(dòng)規(guī)律求加速度：如果物體做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng),那么,測(cè)量物體加速度最直接的辦法就是用刻度尺測(cè)量位移并用秒表測(cè)量時(shí)間,然后由a= 算出a。22xt(3)應(yīng)用“加速度與位移成正比”：物體做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)a= 。如果測(cè)出兩個(gè)初速度為零的勻加速運(yùn)動(dòng)在相同時(shí)間內(nèi)發(fā)生的位移為x1、x2,則位移之比就是加速度之比,即22xt1122axax?！緦?shí)驗(yàn)器材】打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、復(fù)寫紙、小車、一端附有定滑輪的長(zhǎng)木板、小盤、鉤碼(100g)4個(gè)、夾子、細(xì)繩、低壓交流電源、導(dǎo)線、天平(帶有一套砝碼)、刻度尺?！緦?shí)驗(yàn)過(guò)程】一、

3、實(shí)驗(yàn)步驟1.用天平測(cè)量小盤的質(zhì)量m0和小車的質(zhì)量M0,并把數(shù)值記錄下來(lái)。2.按圖將實(shí)驗(yàn)器材安裝好(小車上不系繩)。3.平衡摩擦力。把木板無(wú)滑輪的一端下面墊一薄木板,反復(fù)移動(dòng)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(dòng)(直到打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶上相鄰點(diǎn)的間距相等)。4.把小車停放在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處,掛上小盤和砝碼,先接通電源后放開(kāi)小車,用紙帶記錄小車的運(yùn)動(dòng)情況;取下紙帶并在紙帶上標(biāo)上號(hào)碼及此時(shí)所掛小盤和砝碼的總重力m1g。5.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4,多做幾次實(shí)驗(yàn),并記錄好相應(yīng)紙帶的編號(hào)及所掛小盤和砝碼的總重力m2g、m3g6.保持小車所受的合外力不變,

4、在小車上加鉤碼,接通電源后放開(kāi)小車,用紙帶記錄小車的運(yùn)動(dòng)情況;取下紙帶,并在紙帶上標(biāo)上號(hào)碼及小車和鉤碼的總質(zhì)量M1。7.繼續(xù)在小車上增加鉤碼,重復(fù)步驟6,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(hào)碼及小車和鉤碼的總質(zhì)量M2、M38.用公式x=aT2或a= 求得小車的加速度a,將得到的數(shù)據(jù)填入相應(yīng)表格中,以便進(jìn)行數(shù)據(jù)驗(yàn)證。22xT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：實(shí)驗(yàn)次數(shù)實(shí)驗(yàn)次數(shù)加速度加速度a/(msa/(ms-2-2) )小車受力小車受力F/NF/N1 12 23 34 4實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析：根據(jù)記錄的數(shù)據(jù),作出a -F圖像,即在圖中描點(diǎn)、連線。通過(guò)連線可知,在誤差允許的范圍

5、內(nèi),所描繪的各點(diǎn)大致分布在同一條過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的直線上。2.把不同質(zhì)量的小車在相同力的作用下產(chǎn)生的加速度填在表中：實(shí)驗(yàn)次數(shù)實(shí)驗(yàn)次數(shù)加速度加速度a/(ma/(ms s-2-2) )小車質(zhì)量小車質(zhì)量M/kgM/kg1 12 23 34 4實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析：根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)作出力F不變時(shí)a-M圖像。在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)、連線,a-M圖像如圖甲所示,則由圖可知當(dāng)F不變時(shí),M越大,a越小,故F不變時(shí),a與M有可能成反比,由此可知a-M圖像不易反映出相應(yīng)規(guī)律;若a與M成反比,則a與 成正比,故作出F不變時(shí)a- 的關(guān)系圖像,如圖乙所示。1M1M3.實(shí)驗(yàn)結(jié)論：(1)保持物體質(zhì)量不變時(shí),物體的加速度a與所受力F成正比。(2)在

6、力F不變時(shí),物體的加速度a與質(zhì)量M成反比?！菊`差分析】1.因?qū)嶒?yàn)原理不完善造成系統(tǒng)誤差：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;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。2.測(cè)量、操作不夠準(zhǔn)確造成偶然誤差：(1)質(zhì)量的測(cè)量誤差。(2)紙帶上打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)間隔距離的測(cè)量誤差。(3)拉線或紙帶不與木板平行會(huì)造成誤差。(4)平衡摩擦力不夠(或過(guò)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?！咀⒁馐马?xiàng)】1.平衡摩擦力時(shí)不要掛重物,整個(gè)實(shí)驗(yàn)平衡了摩擦力后,不管以

7、后是改變小盤和砝碼的質(zhì)量還是改變小車及鉤碼的質(zhì)量,都不需要重新平衡摩擦力。2.實(shí)驗(yàn)中必須滿足小車和鉤碼的總質(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(kāi)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(kāi)小車,且應(yīng)在小車到達(dá)滑輪前按住小車。4.作圖像時(shí),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(duì)稱分布在所作直線兩側(cè)。若遇到個(gè)別偏離較遠(yuǎn)的點(diǎn)可舍去。類型1 實(shí)驗(yàn)儀器的選取問(wèn)題【典題1】在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)時(shí),已提供了小車、一端附有定滑輪的長(zhǎng)木板、紙帶、帶小盤的細(xì)線、刻度尺、天平、導(dǎo)線。為了完成實(shí)驗(yàn),還須從圖中選取實(shí)驗(yàn)器材,其名稱是(漏選或全選得零分),并

8、分別寫出所選器材的作用_。【標(biāo)準(zhǔn)解答】電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器用來(lái)打點(diǎn)計(jì)時(shí),以便測(cè)定加速度,要配備46V學(xué)生電源(交流電源)為其供電,通過(guò)改變砝碼個(gè)數(shù)來(lái)改變拉力大小;鉤碼放在小車上來(lái)調(diào)節(jié)小車質(zhì)量。也可用電火花計(jì)時(shí)器來(lái)代替學(xué)生電源和電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,因?yàn)殡娀鸹ㄓ?jì)時(shí)器使用220V交流電,不使用學(xué)生電源。答案：學(xué)生電源、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、鉤碼、砝碼(或電火花計(jì)時(shí)器、鉤碼、砝碼)學(xué)生電源為電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器提供交流電;電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(電火花計(jì)時(shí)器)記錄小車的位置和時(shí)間;鉤碼用以改變小車的質(zhì)量;砝碼用以改變小車受到拉力的大小,還可以用于測(cè)量小車的質(zhì)量。類型2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理及誤差分析【典題2】在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)

9、系”實(shí)驗(yàn)中,某同學(xué)使用了如圖所示的裝置,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)頻率為50Hz。(1)該同學(xué)得到一條紙帶,在紙帶上取連續(xù)的六個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn),如圖所示,相鄰兩點(diǎn)間的距離分別為10.0mm、12.0mm、14.0mm、16.0mm、18.0mm,則打E點(diǎn)時(shí)小車的速度為m/s,打A、F兩點(diǎn)的過(guò)程中小車的平均速度為m/s,小車的加速度為m/s2。(2)該同學(xué)要探究小車的加速度a和質(zhì)量M的關(guān)系,應(yīng)該保持拉力不變;得到多組數(shù)據(jù)后他應(yīng)描繪的圖像是(選填a-M還是a- )。1M(3)該同學(xué)通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的處理作出了a-F圖像如圖所示,則圖中的直線不過(guò)原點(diǎn)的原因是 。此圖中直線發(fā)生彎曲的原因是 。【標(biāo)準(zhǔn)解答】(1)由xaT2可得3DFE16.0 18.010 xv m/s0.85 m/s2T2 0.023AFAF10.0 12.0 14.0 16.0 18.010 xv m/s0.7 m/s;5T5 0.0232222x2 10a m/s5 m/sT0.02；(2)在拉力一定時(shí),a與M成反比,故得到多組數(shù)據(jù)后