第三章 學(xué)案15 實(shí)驗(yàn) 探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系_第1頁(yè)
第三章 學(xué)案15 實(shí)驗(yàn) 探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系_第2頁(yè)
第三章 學(xué)案15 實(shí)驗(yàn) 探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系_第3頁(yè)
第三章 學(xué)案15 實(shí)驗(yàn) 探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系_第4頁(yè)
第三章 學(xué)案15 實(shí)驗(yàn) 探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系_第5頁(yè)
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1、實(shí)驗(yàn)學(xué)案15 探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系實(shí)驗(yàn)?zāi)康?學(xué)會(huì)用控制變量法研究物理規(guī)律2探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系3掌握靈活運(yùn)用圖象處理問(wèn)題的方法實(shí)驗(yàn)原理探究加速度a與力F、質(zhì)量M的關(guān)系時(shí),應(yīng)用的基本方法是_,即先控制一個(gè)參量小車(chē)的質(zhì)量M不變,討論加速度a與力F的關(guān)系;再控制小盤(pán)和砝碼的質(zhì)量不變,即力F不變,改變小車(chē)質(zhì)量M,討論加速度a與質(zhì)量M的關(guān)系實(shí)驗(yàn)器材打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、復(fù)寫(xiě)紙片和紙帶、一端有定滑輪的長(zhǎng)木板、小車(chē)、小盤(pán)、_電源、_、砝碼、_、導(dǎo)線實(shí)驗(yàn)步驟一、測(cè)質(zhì)量1用天平測(cè)出小車(chē)和砝碼的總質(zhì)量M,小盤(pán)和砝碼的總質(zhì)量m,把測(cè)量結(jié)果記錄下來(lái)二、儀器安裝及平衡摩擦力2按圖1把實(shí)驗(yàn)器材安裝好

2、,只是不把懸掛小盤(pán)的細(xì)繩系在車(chē)上,即不給小車(chē)加牽引力圖13平衡摩擦力:在長(zhǎng)木板不帶定滑輪的一端下面墊一塊木板反復(fù)移動(dòng)木板的位置,直至小車(chē)拖著紙帶在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)可以保持_運(yùn)動(dòng)狀態(tài)這時(shí),小車(chē)受到的摩擦阻力恰好與小車(chē)所受的重力_的分力平衡三、保持小車(chē)的質(zhì)量不變,研究a與F的關(guān)系4把細(xì)繩系在小車(chē)上并繞過(guò)定滑輪懸掛小盤(pán),先_再_,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列的點(diǎn),打完點(diǎn)后切斷電源,取下紙帶,在紙帶上標(biāo)上紙帶號(hào)碼5保持小車(chē)和砝碼的質(zhì)量不變,在小盤(pán)里放入適量的砝碼,把小盤(pán)和砝碼的總質(zhì)量m記錄下來(lái),重復(fù)步驟4.在小盤(pán)內(nèi)再放入適量砝碼,記錄下小盤(pán)和砝碼的總質(zhì)量m,再重復(fù)步驟4,重復(fù)三次,得到三條紙帶6在每條紙帶

3、上都選取一段比較理想的部分,標(biāo)明計(jì)數(shù)點(diǎn),測(cè)量計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離,算出每條紙帶上的加速度的值,并記錄在表格(一)內(nèi)表(一)實(shí)驗(yàn)次數(shù)加速度a/(m·s2)小車(chē)受力F/N1234四、保持小盤(pán)和砝碼的質(zhì)量不變,研究a與M的關(guān)系7保持小盤(pán)內(nèi)的砝碼個(gè)數(shù)不變,在小車(chē)上放上砝碼改變小車(chē)的質(zhì)量,讓小車(chē)在木板上滑動(dòng)打出紙帶計(jì)算砝碼和小車(chē)的總質(zhì)量M,并由紙帶計(jì)算出小車(chē)對(duì)應(yīng)的加速度改變小車(chē)上砝碼的個(gè)數(shù),重復(fù)步驟7,并將所對(duì)應(yīng)的質(zhì)量和加速度填入表(二)中表(二)實(shí)驗(yàn)次數(shù)加速度a/(m·s2)小車(chē)和砝碼的總質(zhì)量M/kg123數(shù)據(jù)處理1需要計(jì)算各種情況下所對(duì)應(yīng)的小車(chē)加速度,可使用“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”的方法

4、:先在紙帶上標(biāo)明計(jì)數(shù)點(diǎn),測(cè)量各計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離,根據(jù)公式a計(jì)算加速度圖22(1)根據(jù)表(一),用縱坐標(biāo)表示加速度a,橫坐標(biāo)表示作用力F,作用力的大小F等于小盤(pán)和砝碼的總重力,根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果在坐標(biāo)平面上描出相應(yīng)的點(diǎn),如果這些點(diǎn)是在一條過(guò)原點(diǎn)的直線上,便證明了加速度a與作用力F成正比如圖2所示(2)根據(jù)表(二)用縱坐標(biāo)表示加速度a,橫坐標(biāo)表示小車(chē)和砝碼的質(zhì)量M,根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果在坐標(biāo)平面上描出相應(yīng)的點(diǎn),發(fā)現(xiàn)這些點(diǎn)落在一條類(lèi)似反比函數(shù)的曲線上我們猜想,a與M可能成反比為了檢驗(yàn)猜想的正確性,再用縱坐標(biāo)表示加速度a,橫坐標(biāo)表示小車(chē)和砝碼總質(zhì)量的倒數(shù),根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果在坐標(biāo)平面上描出相應(yīng)的點(diǎn)如果這些點(diǎn)落在一條過(guò)原點(diǎn)的

5、直線上,就證明了加速度與質(zhì)量成反比(如圖3所示)圖3注意事項(xiàng)1一定要做好平衡摩擦力的工作,也就是調(diào)出一個(gè)合適的斜面,使小車(chē)的重力沿著斜面方向的分力正好平衡小車(chē)受到的摩擦阻力在平衡摩擦力時(shí),不要把懸掛小盤(pán)的細(xì)線系在小車(chē)上,即不要給小車(chē)加任何牽引力,并要讓小車(chē)拖著打點(diǎn)的紙帶運(yùn)動(dòng)2實(shí)驗(yàn)步驟2、3不需要重復(fù),即整個(gè)實(shí)驗(yàn)平衡了摩擦力后,不管以后是改變小盤(pán)和砝碼的總質(zhì)量還是改變小車(chē)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(chē)與車(chē)上所加砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)大于小盤(pán)和砝碼的總質(zhì)量的條件下打出只有如此,小盤(pán)和砝碼的總重力才可視為小車(chē)受到的拉力4改變拉力和小車(chē)質(zhì)量后,每次開(kāi)始時(shí)小車(chē)應(yīng)盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器

6、,并應(yīng)先接通電源,再放開(kāi)小車(chē),且應(yīng)在小車(chē)到達(dá)滑輪前按住小車(chē)誤差分析1質(zhì)量的測(cè)量誤差,紙帶上打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)間隔距離的測(cè)量誤差,拉線或紙帶不與木板平行等都會(huì)造成誤差2因?qū)嶒?yàn)原理不完善造成誤差:本實(shí)驗(yàn)中用小盤(pán)和砝碼的總重力代替小車(chē)受到的拉力(實(shí)際上小車(chē)受到的拉力要小于小盤(pán)和砝碼的總重力),存在系統(tǒng)誤差小盤(pán)和砝碼的總質(zhì)量越接近小車(chē)的質(zhì)量,誤差就越大;反之,小盤(pán)和砝碼的總質(zhì)量越小于小車(chē)的質(zhì)量,誤差就越小3平衡摩擦力不準(zhǔn)確造成誤差:在平衡摩擦力時(shí),除了不掛小盤(pán)外,其他的都跟正式實(shí)驗(yàn)一樣(比如要掛好紙帶、接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器),勻速運(yùn)動(dòng)的標(biāo)志是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶上各點(diǎn)的距離相等題型一對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解【例1】 如

7、圖4圖4所示的實(shí)驗(yàn)裝置可以探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系,小車(chē)上固定一個(gè)盒子,盒子內(nèi)盛有沙子沙桶的總質(zhì)量(包括桶以及桶內(nèi)沙子質(zhì)量)記為m,小車(chē)的總質(zhì)量(包括車(chē)、盒子及盒內(nèi)沙子質(zhì)量)記為M.(1)驗(yàn)證在質(zhì)量不變的情況下,加速度與合外力成正比;從盒子中取出一些沙子,裝入沙桶中,稱(chēng)量并記錄沙桶的總重力mg,將該力視為合外力F,對(duì)應(yīng)的加速度a則從打下的紙帶中計(jì)算得出多次改變合外力F的大小,每次都會(huì)得到一個(gè)相應(yīng)的加速度本次實(shí)驗(yàn)中,桶內(nèi)的沙子取自小車(chē)中,故系統(tǒng)的總質(zhì)量不變以合外力F為橫軸,以加速度a為縱軸,畫(huà)出aF圖象,圖象是一條過(guò)原點(diǎn)的直線aF圖象斜率的物理意義是_你認(rèn)為把沙桶的總重力mg當(dāng)作合外力F是否合

8、理?答:_.(填“合理”或“不合理”)本次實(shí)驗(yàn)中,是否應(yīng)該滿足Mm這樣的條件?答:_(填“是”或“否”);理由是_(2)驗(yàn)證在合外力不變的情況下,加速度與質(zhì)量成反比;保持桶內(nèi)沙子質(zhì)量m不變,在盒子內(nèi)添加或去掉一些沙子,驗(yàn)證加速度與質(zhì)量的關(guān)系本次實(shí)驗(yàn)中,桶內(nèi)的沙子總質(zhì)量不變,故系統(tǒng)所受的合外力不變用圖象法處理數(shù)據(jù)時(shí),以加速度a為縱軸,應(yīng)該以_的倒數(shù)為橫軸題型二實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理【例2】 某學(xué)習(xí)小組的同學(xué)在用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器探究物體的加速度與物體的質(zhì)量之間的關(guān)系實(shí)驗(yàn)中,不改變拉力,只改變物體的質(zhì)量,得到了如下表所示的幾組數(shù)據(jù),其中第3組數(shù)據(jù)還未算出加速度,但對(duì)應(yīng)該組已打出了紙帶,如圖5所示(長(zhǎng)度單位:cm)

9、,圖中各點(diǎn)為每5個(gè)打點(diǎn)選出的計(jì)數(shù)點(diǎn)(兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)打點(diǎn)未標(biāo)出)圖5實(shí)驗(yàn)次數(shù)123456小車(chē)質(zhì)量(g)200300400500600700小車(chē)加速度(m/s2)2.001.330.790.670.40小車(chē)質(zhì)量的倒數(shù)(kg1)5.003.332.502.001.671.00(1)請(qǐng)由紙帶上的數(shù)據(jù),計(jì)算出缺少的加速度值并填入表中(小數(shù)點(diǎn)后保留兩位小數(shù))(2)請(qǐng)?jiān)趫D6中建立合適的坐標(biāo),將表中各組數(shù)據(jù)用小黑點(diǎn)描在坐標(biāo)紙上,并作出平滑的圖線圖6(3)由圖象得出的結(jié)論是:_.1在利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和小車(chē)來(lái)做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)時(shí),下列說(shuō)法中正確的是()A平衡摩擦力時(shí),應(yīng)將砝碼盤(pán)及盤(pán)內(nèi)砝碼通過(guò)

10、定滑輪系在小車(chē)上B連接砝碼盤(pán)和小車(chē)的細(xì)繩應(yīng)跟長(zhǎng)木板保持平行C平衡摩擦力后,長(zhǎng)木板的位置不能移動(dòng)D小車(chē)釋放前應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,且應(yīng)先接電源再釋放小車(chē)2(2011·三明模擬)用如圖7甲所示的裝置做“驗(yàn)證牛頓第二定律”實(shí)驗(yàn)時(shí),甲同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫(huà)出的小車(chē)的加速度a和小車(chē)所受拉力F的圖象為圖中的直線,乙同學(xué)畫(huà)出的aF圖象為下圖中的直線.直線、在縱軸或橫軸上的截距較大,明顯超出了誤差范圍,下面給出了關(guān)于形成這種情況的四種解釋?zhuān)渲锌赡苷_的是()圖7A實(shí)驗(yàn)前甲同學(xué)沒(méi)有平衡摩擦力B甲同學(xué)在平衡摩擦力時(shí),把長(zhǎng)木板的末端抬得過(guò)高了C實(shí)驗(yàn)前乙同學(xué)沒(méi)有平衡摩擦力D乙同學(xué)在平衡摩擦力時(shí),把長(zhǎng)木板的末端抬得

11、過(guò)高了3(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(shí)驗(yàn)裝置如圖8甲所示圖8(1)在平衡小車(chē)與桌面之間摩擦力的過(guò)程中,打出了一條紙帶如圖乙所示計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的時(shí)間間隔為0.02 s,從比較清晰的點(diǎn)起,每5個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),量出相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離該小車(chē)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(gè)相同的砝碼都放在小車(chē)上掛上砝碼盤(pán),然后每次從小車(chē)上取一個(gè)砝碼添加到砝碼盤(pán)中,測(cè)量小車(chē)的加速度小車(chē)的加速度a與砝碼盤(pán)中砝碼總重力F的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表:砝碼盤(pán)中砝碼總重力F(N)0.1960.3920.5880.7840.980加速度a(m·s

12、2)0.691.181.662.182.70請(qǐng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出aF的關(guān)系圖象(如圖9所示)圖9(3)根據(jù)提供的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出的aF的圖線不通過(guò)原點(diǎn)請(qǐng)說(shuō)明主要原因4(2011·天星調(diào)研卷)如圖10所示為某同學(xué)探究加速度與力和質(zhì)量關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置,兩個(gè)相同質(zhì)量的小車(chē)放在光滑水平板上,前端各系一條細(xì)繩,繩的一端跨過(guò)定滑輪各掛一個(gè)小盤(pán),盤(pán)中可放砝碼兩小車(chē)后端各系一條細(xì)繩,一起被夾子夾著使小車(chē)靜止打開(kāi)夾子,兩小車(chē)同時(shí)開(kāi)始運(yùn)動(dòng);關(guān)上夾子,兩小車(chē)同時(shí)停下來(lái),用刻度尺測(cè)出兩小車(chē)的位移,下表是該同學(xué)在幾次實(shí)驗(yàn)中記錄的數(shù)據(jù)圖10實(shí)驗(yàn)次數(shù)車(chē)號(hào)小車(chē)質(zhì)量(g)小盤(pán)質(zhì)量(g)車(chē)中砝碼質(zhì)量(g)盤(pán)中砝碼質(zhì)量(g)小車(chē)

13、位移(cm)1甲50 100015乙5010010302甲501001027.5乙50105010143甲50100018乙50101010請(qǐng)回答下述問(wèn)題:(1)在每一次實(shí)驗(yàn)中,甲、乙兩車(chē)的位移之比等于_之比,請(qǐng)簡(jiǎn)要說(shuō)明實(shí)驗(yàn)原理_;(2)第一次實(shí)驗(yàn)是控制了_不變的,在實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)可得出結(jié)論是:_;(3)第二次實(shí)驗(yàn)是控制了_不變的,在實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)可得出結(jié)論是:_;(4)第三次實(shí)驗(yàn)時(shí),該同學(xué)先測(cè)量了甲車(chē)的位移,再根據(jù)前兩次實(shí)驗(yàn)結(jié)論,計(jì)算出乙車(chē)應(yīng)該發(fā)生的位移,然后再測(cè)量了乙車(chē)的位移,結(jié)果他高興地發(fā)現(xiàn),理論的預(yù)言與實(shí)際符合得相當(dāng)好請(qǐng)問(wèn),他計(jì)算出的乙車(chē)位移應(yīng)該是_5(2011·成都模擬)某

14、實(shí)驗(yàn)小組利用如圖11所示的實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)探究當(dāng)合外力一定時(shí),物體運(yùn)動(dòng)的加速度與其質(zhì)量之間的關(guān)系圖11(1)由圖中刻度尺讀出兩個(gè)光電門(mén)中心之間的距離x24 cm,由圖12中游標(biāo)卡尺測(cè)得遮光條的寬度d_ cm.該實(shí)驗(yàn)小組在做實(shí)驗(yàn)時(shí),將滑塊從圖11所示位置由靜止釋放,由數(shù)字計(jì)時(shí)器可以讀出遮光條通過(guò)光電門(mén)1的時(shí)間t1,遮光條通過(guò)光電門(mén)2的時(shí)間t2,則滑塊經(jīng)過(guò)光電門(mén)1時(shí)的瞬時(shí)速度的表達(dá)式v1_,滑塊經(jīng)過(guò)光電門(mén)2時(shí)的瞬時(shí)速度的表達(dá)式v2_,則滑塊的加速度的表達(dá)式a_.(以上表達(dá)式均用字母表示)圖12(2)在本次實(shí)驗(yàn)中,實(shí)驗(yàn)小組通過(guò)改變滑塊質(zhì)量總共做了6組實(shí)驗(yàn),得到如表所示的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過(guò)分析表中數(shù)據(jù)后,你得出的

15、結(jié)論是_.m(g)a(m/s2)2502.023001.653501.334001.255001.008000.63(3)現(xiàn)需通過(guò)圖象進(jìn)一步驗(yàn)證你的結(jié)論,請(qǐng)利用表格數(shù)據(jù),在圖13坐標(biāo)系中描點(diǎn)作出相應(yīng)圖象圖136(2010·吉林二模)為了探究加速度與力的關(guān)系,使用如圖14所示的氣墊導(dǎo)軌裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)其中G1、G2為兩個(gè)光電門(mén),它們與數(shù)字計(jì)時(shí)器相連,當(dāng)滑行器通過(guò)G1、G2光電門(mén)時(shí),光束被遮擋的時(shí)間t1、t2都可以被測(cè)量并記錄滑行器連同上面固定的一條形擋光片的總質(zhì)量為M,擋光片寬度為D,光電門(mén)間距離為x,牽引砝碼的質(zhì)量為m.回答下列問(wèn)題:圖14(1)實(shí)驗(yàn)開(kāi)始應(yīng)先調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌下面的螺釘,使氣墊

16、導(dǎo)軌水平,在不增加其他儀器的情況下,如何判定調(diào)節(jié)是否到位?(2)若取M0.4 kg,改變m的值,進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn),以下m的取值不合適的一個(gè)是_Am15 g Bm215 gCm340 g Dm4400 g(3)在此實(shí)驗(yàn)中,需要測(cè)得每一個(gè)牽引力對(duì)應(yīng)的加速度,其中求得的加速度的表達(dá)式為:_(用t1、t2、D、x表示)實(shí)驗(yàn)學(xué)案15探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系【基礎(chǔ)自主落實(shí)】實(shí)驗(yàn)原理控制變量法實(shí)驗(yàn)器材交流天平刻度尺實(shí)驗(yàn)步驟二、3.勻速直線在斜面方向上三、4.接通電源放開(kāi)小車(chē)【熱點(diǎn)題型精析】例1 (1)合理否因?yàn)閷?shí)驗(yàn)的研究對(duì)象是整個(gè)系統(tǒng),系統(tǒng)受到的合外力就等于mg(2)Mm解析(1)將車(chē)內(nèi)的沙子轉(zhuǎn)移到

17、桶中,就保證了Mm不變,即系統(tǒng)的總質(zhì)量不變,研究對(duì)象是整個(gè)系統(tǒng),a,可見(jiàn)aF圖象斜率的物理意義是,系統(tǒng)的合外力就等于所懸掛沙桶的重力mg,不必滿足Mm這樣的條件(2)向小車(chē)內(nèi)添加或去掉部分沙子,是改變系統(tǒng)的總質(zhì)量Mm,而系統(tǒng)的合外力仍等于所懸掛沙桶的重力mg,保證了合外力不變例2 (1)0.99(2)見(jiàn)解析圖(3)在拉力一定時(shí),物體的加速度與質(zhì)量成反比(與質(zhì)量的倒數(shù)成正比)解析(1)a的計(jì)算利用逐差法a×102 m/s20.99 m/s2(2)描點(diǎn)繪圖,如圖所示(3)由圖象知a圖象是一條直線,即在拉力一定時(shí),物體的加速度與質(zhì)量成反比【課時(shí)效果檢測(cè)】1BCD本題考查實(shí)驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)注意的事

18、項(xiàng),選項(xiàng)A中平衡摩擦力時(shí),不能將砝碼盤(pán)及盤(pán)內(nèi)砝碼(或小桶)通過(guò)細(xì)繩系在小車(chē)上,A錯(cuò);選項(xiàng)B、C、D符合正確的操作方法2BC3(1)0.16(2)見(jiàn)解析(3)忘記加入砝碼盤(pán)的重力解析(1)由題意可知計(jì)數(shù)間隔T5T00.1 s.由xaT2和x0.16 cm1.6×103 m可得a0.16 m/s2.(2)aF圖線如圖所示(3)平衡小車(chē)與桌面之間的摩擦力,aF圖象仍不通過(guò)原點(diǎn),可能是在計(jì)算F時(shí)忘記加入砝碼盤(pán)的重力,使作出的圖象向左平移造成的4(1)加速度x1x2a1a2(2)小車(chē)質(zhì)量小車(chē)加速度與合外力成正比(3)小車(chē)所受合外力小車(chē)加速度與質(zhì)量成反比(4)30 cm解析(1)甲、乙兩車(chē)的位移之比等于加速度之比,由于兩車(chē)運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同,由xat2得x1x2a1a2;(2)第一次實(shí)驗(yàn)中控制小車(chē)質(zhì)量相同,小車(chē)加速度與合外力成正比;(3)第二次小車(chē)所受合外力不變,小車(chē)加速度與質(zhì)量成反比;(4),x甲x乙a甲a乙35,得x乙30 cm.5(1)0.52(2)、(3)見(jiàn)解析解析(1)由圖可知d5 mm0.1 mm×25.2 mm0.52 cm.遮光條的寬度很小,遮光

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