【志鴻優(yōu)化系列】高中物理 4.2實驗：探究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系（1）課件 新人教必修1

2實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系

學(xué)點1加速度與力的關(guān)系

(1)控制變量法

在研究物體的加速度與它受的力、它的質(zhì)量間的關(guān)系時，因為涉及到三個物理量，為了研究問題的方便，可采取分別使一個量不變，而研究另外兩個量之間關(guān)系的方法，這種方法叫做控制變量法。

(2)探究加速度與力的關(guān)系①實驗思路：保持物體的質(zhì)量m一定，測量物體在不同力F作用下的加速度a，分析a與F的關(guān)系。②實驗數(shù)據(jù)的分析：設(shè)計如下的表格，記錄數(shù)據(jù)。

在圖4-2-1所示坐標(biāo)上，作出a-F圖象。分析圖像，若圖象是過原點的直線，則a∝F

由此得出，在質(zhì)量一定的情況下，加速度跟力成正比。F/Na/(m·s-2)圖4-2-1學(xué)點2加速度與質(zhì)量的關(guān)系

(1)保持物體所受的力F一定，測量不同質(zhì)量m的物體在力F作用下的加速度a，分析a與m的關(guān)系。

(2)實驗數(shù)據(jù)的分析：設(shè)計如下的表格，記錄數(shù)據(jù)。

猜想：F相同，m越大，a越小，是否是“a與m”成反比或“a與m2”成反比？

從簡單入手，若a與m成反比，則a與1/m成正比。所以，建立a-1/m坐標(biāo)系，作a-1/m圖象，如圖4-2-2所示。

分析：若圖象是過原點的直線，則a與m成反比。

由圖得，a與1/m成正比，與m成反比。

m/kga/(m·s-2)圖4-2-2

注意：作圖象時，應(yīng)使盡可能多的點在直線上，不在直線上的點均勻分布于直線兩側(cè)，偏離太大的點應(yīng)舍棄掉?！纠?】用如圖4-2-3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(zhì)量M的關(guān)系，某位同學(xué)設(shè)計的實驗步驟如下：

A.用天平稱出小車和小桶及內(nèi)部所裝砂子的質(zhì)量；

B.按圖裝好實驗器材；

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6V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(biāo)明小車質(zhì)量；

E.保持小桶及其中砂子的質(zhì)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(fù)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(guān)系圖象，并由圖象確定a-M關(guān)系。

(1)該同學(xué)漏掉的重要實驗步驟是____，該步驟應(yīng)排在____步實驗之后。

(2)在上述步驟中，有錯誤的是______，應(yīng)把改為_______。

(3)在上述步驟中，處理不恰當(dāng)?shù)氖莀_____，應(yīng)把改為________。圖4-2-3

(1)平衡摩擦力B(2)D6V電壓的蓄電池6V以下交流電壓的學(xué)生電源(3)Ga-M

a-1/M實驗中把小桶及其中砂子的重力看做與小車所受拉力大小相等，沒有考慮摩擦力，故必須平衡摩擦力。電磁打點計時器接在6V電壓的蓄電池上將無法工作，必須接在6V以下交流電壓的學(xué)生電源上。作a-M關(guān)系圖象，得到的是雙曲線，很難作出正確的判斷，必須“化曲為直”，改作a-1/M關(guān)系圖象。1.在探究a與F、m關(guān)系的實驗中，下列說法中正確的是()A.平衡摩擦力時，小桶應(yīng)用細(xì)線通過定滑輪系在小車上，但小桶內(nèi)不能裝砂子

B.實驗中無需始終保持小車和砝碼的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于砂子和小桶的質(zhì)量

C.實驗中如用縱坐標(biāo)表示加速度，用橫坐標(biāo)表示小車和車內(nèi)砝碼的總質(zhì)量，描出相應(yīng)的點在一條直線上時，即可證明加速度與質(zhì)量成反比

D.平衡摩擦力時，小車后面的紙帶必須連好，因為運動過程中紙帶也要受到阻力D學(xué)點3制定實驗方案和實驗數(shù)據(jù)的處理

(1)本實驗有三個需測量的物理量：a、F、m。質(zhì)量可用天平測量,a與F如何測量？①怎樣測量(或比較)物體的加速度

a.若為初速度為零的勻加速直線運動，測量位移x和時間t，由a=2x/t2計算。

b.用打點計時器打紙帶，由紙帶上的點求出，根據(jù)Δx=at2，測出a。

c.不測a的數(shù)值，測量不同情況下物體的加速度比值。若兩個初速度為零的勻加速運動，在相同時間內(nèi)位移為x1、x2，則

a1/a2=x1/x2圖4-2-4②怎樣提供和測量物體所受的恒力下面是一種方法：如圖4-2-4所示，取兩個質(zhì)量相同的小車放在光滑水平面上，小車的前端各系上細(xì)繩，繩的另一端跨過定滑輪各掛一個小盤，(2)實驗的數(shù)據(jù)處理可以采用計算法和圖象法兩種不同的方法①計算法：測得加速度或加速度之比(等于位移之比)后，通過計算看看是否滿足a1/a2=F1/F2、a1/a2=m2/m1。②圖象法：測得加速度后，以拉力F為橫坐標(biāo)、加速度a為縱坐標(biāo)，描繪a-F圖象，看看圖象是否為過原點的傾斜直線；以1/m為橫坐標(biāo)，加速度a為縱坐標(biāo)，描繪a-1/m圖象(想想看，為什么不是描繪a-m圖象)，看看圖象是否為過原點的傾斜直線?；蛘咴跍y得加速度之比(等于位移之比)后，以兩車?yán)χ菷2/F1為橫坐標(biāo)、加速度之比a2/a1為縱坐標(biāo)，描繪圖象，看看圖象是否為過原點的傾斜直線；以質(zhì)量之比m1/m2為橫坐標(biāo)、加速度之比a2/a1為縱坐標(biāo)，描繪圖象，看看圖象是否過原點的傾斜直線。盤中放有數(shù)目不等的砝碼，使兩個小車自靜止開始在不同拉力作用下勻加速運動，小車所受拉力F的大小可以認(rèn)為等于砝碼和盤所受重力的大小(保證小車質(zhì)量比砝碼和盤質(zhì)量大得多)，小車后端系上細(xì)繩，用一只夾子夾住，以同時控制兩小車，使兩車同時運動，同時停止，分別測出兩小車的位移x和受力F的大小，據(jù)x=(1/2)at2知，在時間t相同的前提下，x∝a，通過實驗分析從而得出a與F的關(guān)系。提示：利用圖象處理數(shù)據(jù)的優(yōu)點：(1)直觀地看出兩個物理量間的關(guān)系；(2)有效減小實驗誤差，并排除實驗中的錯誤數(shù)據(jù)。(3)結(jié)論①當(dāng)m不變時，得到的a-F圖象如圖4-2-5所示。圖象表明：當(dāng)m一定時，在誤差范圍內(nèi)，a與F成正比。②當(dāng)F不變時，得到的a-1/m圖象如圖4-2-5乙所示。圖象表明：當(dāng)F一定時，在誤差范圍內(nèi)，a與m成反比。圖4-2-5

(1)打點計時器必須使用交流電源，不能使用干電池；為保證細(xì)繩對小車的拉力作為小車所受的合力，實驗前必須平衡摩擦力，該裝置卻沒有平衡摩擦力；為了在紙帶上打下更多的點，實驗時小車的初始位置離打點計時器不可太遠(yuǎn)。

(2)可用逐差法求加速度為a=(x34-x12)/(4T2)=[(4.04-1.63)-1.63]×10-2/(4×0.12)m/s2=0.195m/s2?！纠?】用如圖4-2-6所示的裝置，探究“加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗中。

(1)某同學(xué)在接通電源進(jìn)行實驗之前，將實驗器材組裝如圖4-2-6所示。請你指出該裝置中錯誤或不妥之處：_________________________________________________________________________________________________________。

(2)改正實驗裝置后，該同學(xué)順利地完成了實驗。圖4-2-7是他在實驗中得到的一條紙帶，圖中相鄰兩計數(shù)點之間的時間間隔為0.1s，由圖中的數(shù)據(jù)可算得小車的加速度

a=_______m/s2。應(yīng)接交流電源；實驗中沒有平衡小車的摩擦力；小車的初始位置離打點計時器太遠(yuǎn)圖4-2-6圖4-2-70.195打點計時器工作時不應(yīng)接干電池，2.為了了探探究究加加速速度度與與力力、、質(zhì)質(zhì)量量的的關(guān)關(guān)系系，，現(xiàn)現(xiàn)提提供供如圖圖4-2-8所示示的的器器材材：：A為小小車車，，B為電電火火花計計時時器器，，C為裝裝有有砝砝碼碼的的小小桶桶，，D為一一端端帶有有定定滑滑輪輪的的長長方方形形木木板板，，實實驗驗中中認(rèn)認(rèn)為為細(xì)細(xì)繩繩對小小車車的的拉拉力力F等于于砝砝碼碼和和小小桶桶的的總總質(zhì)質(zhì)量量。。請思思考考探探究究思思路路并并回回答答下下列列問問題題：：(1)為了了消消除除小小車車與與水水平平木木板板之之間間摩摩擦擦力力的的影影響響應(yīng)應(yīng)采采取取什什么么做做法法？？______。(2)在探探究究加車的質(zhì)量m，分別得到小車的加速度a與質(zhì)量m的數(shù)據(jù)如下表。圖4-2-8圖4-2-9根據(jù)據(jù)上上述述實實驗驗數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)，，用用計計算算機(jī)機(jī)繪繪出出a-m圖象象如如圖圖4-2-9所示。序號12345小車的加速度a/(m·s-2)0.780.380.250.200.16小車的質(zhì)量m/kg0.200.400.600.801.00(1)把木板的右端端(或安裝電火花花計時器的那那端)適當(dāng)墊高，以以平衡摩擦力力(2)如圖所示(3)實驗前未平衡衡摩擦力或平平衡摩擦力不不充分通過對圖4-2-9的觀察，可猜猜想在拉力F一定的情況下下，a與m的關(guān)系可能是是:a∝m-1、a∝m-2、a∝m-3…，為了驗證猜猜想，請在圖圖4-2-9乙中作出最能能直觀反映a與m之間關(guān)系的圖圖象。圖4-2-10(3)在探究加速度度與力的關(guān)系系時，保持小小車的質(zhì)量不不變，改變小小桶中砝碼的的質(zhì)量，該同同學(xué)根據(jù)實驗驗數(shù)據(jù)作出了了加速度a與力F的圖線如圖4-2-10所示，該圖線線不通過坐標(biāo)標(biāo)原點，試分分析圖線不通通過坐標(biāo)原點點的原因是_________________。2.在“探究加速速度與力、質(zhì)質(zhì)量的關(guān)系””的實驗中，，備有下列器器材：A.電火花計時器器；B.天平；C.秒表；D.交流電源；E.電池；F.紙帶；G.細(xì)繩、砝碼、、鉤碼、滑塊塊(可騎在氣墊導(dǎo)導(dǎo)軌上)；H.氣墊導(dǎo)軌(一端帶定滑輪輪)；I.毫米刻度尺；；J.小型氣泵。(1)實驗應(yīng)選用的的器材有______________；實驗研究的的對象_______________________。(2)本實驗驗分兩兩大步步驟進(jìn)進(jìn)行：：①_______________________；②________________________。1.某學(xué)生生在做做“探探究加加速度度與力力、質(zhì)質(zhì)量的的關(guān)系系”的的實驗驗時，，在平平衡摩摩擦力力時把把長木木板的的一端端墊得得過高高，使使得傾傾角偏偏大。。他所所得到到的a-F關(guān)系圖圖象應(yīng)應(yīng)是下下列哪哪一個個？(a是小車車的加加速度度，F(xiàn)是細(xì)線線作用用于小小車的的拉力力)()C研究F一定時時a與m的關(guān)系系A(chǔ)BDFGHIJ騎在氣氣墊導(dǎo)導(dǎo)軌上的的滑塊塊研究m一定時時a與F的關(guān)系系3.用斜面面、小小車、、小盤盤、砝砝碼、、打點點計時時器等等做““探究究加速速度與與力、、質(zhì)量量的關(guān)關(guān)系””的實實驗中中，得得到如如圖4-2-11所示的的紙帶帶，相相鄰計計數(shù)點點間的的時間間間隔隔為T，且x1、x2、x3、…、x6已測量量出。。(1)a=[(x6+x5+x4)-(x3+x2+x1)]/(9T2)(2)沒有平平衡摩摩擦力力或平平衡摩摩擦力力時，，木板板與水水平面面的夾夾角過過小，，即平平衡摩摩擦力力不足足(3)兩小車車以及