高考總復(fù)習(xí)物理課件 實驗4探究加速度與力質(zhì)量的關(guān)系

1、實驗四探究加速度與力質(zhì)量的關(guān)系 一、實驗?zāi)康?了解如何來描述物體的運動狀態(tài)，明確物體運動狀態(tài)的改變必有加速度；2掌握一種科學(xué)的研究方法控制變量法；3理解加速度和力的關(guān)系，并知道得出這個關(guān)系的實驗思想和方法；4理解加速度與質(zhì)量的關(guān)系，并知道得出這個關(guān)系的實驗思想和方法二、實驗原理物體的加速度a不僅跟它所受到的外力f有關(guān)，還取決于它自己的屬性質(zhì)量m.為了定量地研究a、f、m三者之間的關(guān)系，先保持一個量(質(zhì)量m)不變，研究其他兩個量(加速度a與外力f)之間的關(guān)系；然后再保持另一個量(外力f)不變，研究其他兩個量(加速度a與質(zhì)量m)之間的關(guān)系；最后把兩個結(jié)果綜合起來得出a與f、m之間的關(guān)系這種方法稱為

2、控制變量法分析對小車及小桶分別列出牛頓第二定律方程得：小車：t1mam，小桶：mgt1mam，且有：t1t1，amam.聯(lián)立解得：amam ，t1 g三、實驗器材打點計時器；紙帶及復(fù)寫紙片；小車；一端附有定滑輪的長木板、砝碼；細繩；低壓交流電源；兩根導(dǎo)線；天平；刻度尺；小砂桶；砂四、實驗步驟圖11用天平測出小車和小砂桶的質(zhì)量m和m.2按圖1所示把實驗器材安裝好，但不把懸掛小砂桶的細繩系在小車上(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板，反復(fù)移到木板的位置，直到小車在斜面上運動時能保持勻速運動狀態(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的重力在斜面

3、方向上的分力平衡4把細繩系在小車上并繞過定滑輪懸掛小砂桶，讓小車緊靠打點計時器，先接通電源再放開小車，取下紙帶，在打點紙帶上標上紙帶號碼5保持小車的質(zhì)量不變，改變小砂桶內(nèi)砂的質(zhì)量，即改變小車的牽引力，再做幾次實驗6在每條紙帶上都選取一段比較理想的部分，按“測定勻變速直線運動的加速度”實驗中的方法算出每條紙帶的加速度7用縱坐標表示加速度，橫坐標表示力，根據(jù)實驗結(jié)果在坐標平面上畫出相應(yīng)的點，如果這些點在一條傾斜直線上，便證明了加速度與作用力成正比8保持砂和小砂桶的質(zhì)量不變，在小車上依次加砝碼(做好記錄)，重復(fù)上述步驟(4)和步驟(6)，用縱坐標表示加速度，橫坐標表示小車及砝碼總質(zhì)量的倒數(shù)，在坐標平

4、面上根據(jù)實驗結(jié)果畫出相應(yīng)的點，如果這些點在一條傾斜的直線上，就證明加速度與質(zhì)量成反比五、數(shù)據(jù)處理利用圖象處理數(shù)據(jù)是一種常用的重要方法將實驗中得到的數(shù)據(jù)通過描點作出圖象，可以非常直觀地看出兩個物理量之間的關(guān)系，也可以有效地減小實驗誤差，確定并排除實驗中測得的一些錯誤數(shù)據(jù)在探究加速度與力的關(guān)系的實驗中，以加速度a為縱坐標，力f為橫坐標，根據(jù)各組數(shù)據(jù)在坐標系中描點如果這些點在一條過原點的直線上，說明a與f成正比在探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系實驗中，“加速度a與質(zhì)量m成反比”實際上就是“加速度a與質(zhì)量的倒數(shù) 成正比”，以加速度a為縱坐標，以質(zhì)量的倒數(shù) 為橫坐標建立坐標系，根據(jù)a 圖象是不是過原點的直線，就能

5、判斷a與m是否成反比六、實驗誤差來源與分析1因?qū)嶒炘聿煌晟埔鸬恼`差：本實驗用砂和小砂桶的總重力mg代替小車的拉力，而實際上小車所受的拉力要小于砂和小砂桶的總重力砂和小砂桶的總質(zhì)量越接近于小車和砝碼的總質(zhì)量，誤差越大；反之，砂和小砂桶的總質(zhì)量越小于小車和砝碼的總質(zhì)量，由此引起的誤差就越小因此，滿足砂和小砂桶的總質(zhì)量遠小于小車和砝碼的總質(zhì)量的目的就是為了減小因?qū)嶒炘聿煌晟贫鸬恼`差2摩擦力平衡不準確、質(zhì)量測量不準確、記數(shù)點間距測量不準確、紙帶和細繩不嚴格與木板平行都會引起誤差七、注意事項1實驗步驟(3)不需要重復(fù)，即整個實驗平衡了摩擦力后，不管以后是改變小砂桶中砂的質(zhì)量還是改變小車和砝碼的

6、質(zhì)量都不需要重新平衡摩擦力2在實驗中一定要注意使砂和小砂桶的總質(zhì)量遠小于小車和砝碼的總質(zhì)量. 3改變拉力和小車質(zhì)量后，每次開始時小車應(yīng)盡量靠近打點計時器，并應(yīng)先接通電源，再放開小車，且在小車到達定滑輪前應(yīng)按住小車4各紙帶的加速度，都應(yīng)是該紙帶的平均加速度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)盡可能對稱的分布在所作直線的兩側(cè)題型一實驗操作與技巧例1在做“驗證牛頓第二運動定律”的實驗時，某學(xué)生將實驗裝置如圖2安裝，準備接通電源后開始做實驗，但他的裝置圖中有幾個明顯的錯誤，請寫出兩個：圖2(1)_；(2)_解析實驗中打點計時器不能用直流電源，沒有平衡摩擦力，小車沒有靠近打點計時器

7、答案(1)不能用直流電源(2)沒有平衡摩擦力題后反思：本題主要考查實驗操作及注意事項，只要對這些有一定的了解，解決此類問題較容易做“驗證牛頓第二定律”實驗時，按實驗要求安裝好器材后，應(yīng)按一定的步驟進行實驗，下列給出供選擇的操作步驟：a保持小桶和砂的質(zhì)量不變，在小車里加砝碼，測出加速度，重復(fù)幾次b保持小車質(zhì)量不變，改變小桶里砂子的質(zhì)量，測出加速度，重復(fù)幾次c用天平測出小車和砂子的質(zhì)量d在長木板沒有定滑輪的一端墊上厚度合適的墊木，平衡摩擦力e根據(jù)測出的數(shù)據(jù)，分別畫出af和a 圖象f用秒表測出小車運動的時間g將裝有砂子的小桶用細線通過定滑輪系到小車上，接通電源，釋放小車，在紙帶上打出一系列的點以上步

8、驟中，不必要的步驟是_，正確步驟的合理順序是_(填寫代表字母)答案：fcdgabe題型二實驗數(shù)據(jù)的處理和誤差分析例2如圖3甲所示為實驗中用打點計時器打出的一條較理想的紙帶，紙帶上a、b、c、d、e、f、g為七個相鄰的計數(shù)點，相鄰計數(shù)點間的時間間隔是0.1 s，距離如圖甲所示，單位是 cm，小車的加速度是_m/s2，在驗證質(zhì)量一定時加速度a和合外力f的關(guān)系時，某學(xué)生根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出了如圖乙所示的af圖象，其原因是 . 圖3根據(jù)測量數(shù)據(jù)作出的af圖線沒有過原點，圖象交于a軸上一點，說明平衡摩擦力過度答案1.6平衡摩擦力過度題后反思：a的計算用公式xat2，通過計算平均值確定a的大小，平均值的求解用

9、逐差法計算較為精確，af圖象的形狀為不過原點的直線，表明平衡摩擦力的操作存在問題用斜面、小車、砝碼等器材按圖4(1)所示方法探究a、m、f三者關(guān)系的實驗中，得到圖4(2)所示的一條打點的紙帶，相鄰計數(shù)點的時間間隔為t，且間距x1，x2，x3x6已量出 圖4(1)請寫出三個不同的計算加速度的表達式(2)如圖5(1)所示，是甲同學(xué)根據(jù)測量數(shù)據(jù)畫出的af圖線，表明實驗的問題是_(3)乙、丙同學(xué)用同一裝置實驗，畫出了各自得到的af圖線如圖5(2)所示，說明兩個同學(xué)做實驗時的哪一個物理量取值不同？并比較其大小圖5解析：本題主要考查根據(jù)紙帶求勻變速直線運動的加速度和對圖象法處理實驗數(shù)據(jù)得到的af圖象的理解

10、(1)a(x2x1)/t2a(x4x1)/(3t2)a(x6x5x4)(x3x2x1)/(9t2)(2)沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠(3)小車及車上的砝碼的總質(zhì)量不同，且m乙m丙答案：見解析圖61如圖6所示，在研究牛頓第二定律的演示實驗中，若1、2兩個相同的小車所受拉力分別為f1、f2，車中所放砝碼的質(zhì)量分別為m1、m2，打開夾子后經(jīng)過相同的時間兩車的位移分別為x1、x2，則在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，有 ()a當(dāng)m1m2、f12f2時，x12x2b當(dāng)m1m2、f12f2時，x22x1c當(dāng)m12m2、f1f2時，x12x2d當(dāng)m12m2、f1f2時，x22x1解析：題中m1和m2是車中砝碼的質(zhì)量

11、，絕不能認為是小車的質(zhì)量本題中只說明了兩小車是相同的，并沒有告訴小車的質(zhì)量是多少當(dāng)m1m2時，兩車加砝碼質(zhì)量仍相等，若f12f2，則a12a2，由x at2得x12x2，a對若m12m2時，無法確定兩車加砝碼后的質(zhì)量關(guān)系，兩小車的加速度關(guān)系也就不明確，所以無法判定兩車的位移關(guān)系答案：a 圖72如圖7所示是在驗證牛頓第二定律實驗中，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)描繪出的三條af圖象，下列說法中正確的是()a三條傾斜直線所對應(yīng)的小車和砝碼的總質(zhì)量相同b三條傾斜直線所對應(yīng)的小車和砝碼的總質(zhì)量不同c直線1對應(yīng)的小車和砝碼的總質(zhì)量最大d直線3對應(yīng)的小車和砝碼的總質(zhì)量最大解析：由牛頓第二定律得：fma，a f，直線的斜率等

12、于質(zhì)量的倒數(shù)，三條直線的斜率不同，說明三條直線所對應(yīng)的小車和砝碼的總質(zhì)量不同，由圖可知，直線1的斜率最大，所對應(yīng)的總質(zhì)量最小；直線3的斜率最小，所對應(yīng)的總質(zhì)量最大正確選項為bd.答案：bd3某同學(xué)在做加速度和力、質(zhì)量的關(guān)系的實驗中，測得小車的加速度a和拉力f的數(shù)據(jù)如下表所示f/n0.200.300.400.500.60a/ms20.110.190.290.400.51圖圖8(1)根據(jù)表中的數(shù)據(jù)在坐標圖上作出af圖象；(2)圖象的斜率的物理意義是_；(3)圖象(或延長線)與f軸的截距的物理意義是_；(4)小車和砝碼的總質(zhì)量為_kg.答案：(1)af圖象如圖9所示圖9(2)小車和砝碼的總質(zhì)量的倒數(shù)

13、(3)小車受到的阻力為0.1 n(4)1.004同學(xué)們在做“驗證牛頓第二定律”的實驗(1)甲同學(xué)為了使小車受到合外力等于小砂桶和砂的總重量，他采用如下兩個措施：a平衡摩擦力：將長木板無滑輪的一端下面墊一小木塊，反復(fù)移動木塊的位置，直到小車在小砂桶的拉動下帶動紙帶與小車一起做勻速直線運動；b調(diào)整砂的多少，使砂和小砂桶的總質(zhì)量m遠小于小車和砝碼的總質(zhì)量m. 請問：以上哪一個措施中有何重大錯誤？答：_.(2)乙同學(xué)在實驗中，他保持小車及砝碼總質(zhì)量m不變反復(fù)改變砂的質(zhì)量，并測得一系列數(shù)據(jù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)小車受到的合外力(小砂桶及砂的總重量)與加速度的比值略大于小車及砝碼總質(zhì)量m，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)滑輪非常光滑，打點

14、計時器工作正常，且事先基本上平衡了摩擦力，那么出現(xiàn)這種情況的主要原因是什么？答：_.答案：(1)a，因為該措施中平衡摩擦力時，不應(yīng)用小砂桶拉動小車做勻速運動，應(yīng)讓小車自身下滑來平衡摩擦力(2)由于未滿足mm，拉小車的合外力fmg，因此，m 5(2009江蘇高考)“探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系”的實驗裝置如圖10甲所示圖10(1)在平衡小車與桌面之間摩擦力的過程中，打出了一條紙帶如圖10乙所示計時器打點的時間間隔為0.02 s從比較清晰的點起，每5個點取一個計數(shù)點，量出相鄰計數(shù)點之間的距離該小車的加速度a_m/s2.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(2)平衡摩擦力后，將5個相同的砝碼都放在小車上掛上砝碼盤，然后每次從小車上取一個砝碼添加到砝碼盤中，測量小車的加速度小車的加速度a與砝碼盤中砝碼總重力f的實驗數(shù)據(jù)如下表：請根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出af的關(guān)系圖象(3)根據(jù)提供的實驗數(shù)據(jù)作出的af圖線不通過原點請說明主要原因砝碼盤中砝碼總重力f(n)0.1960.3920.5880.7840.980加速度a(ms2)