高中物理課件-實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系

第四章第２節(jié)試驗(yàn)理論指導(dǎo)典題案例導(dǎo)析知能演練提升題型一題型二題型三第1頁第2頁第3頁第4頁一、試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)(1)學(xué)會用控制變量法探究物理規(guī)律。(2)探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系。第5頁二、試驗(yàn)原理控制變量法：在探究加速度與力、質(zhì)量三者關(guān)系時，先讓其中一個量保持不變來探究其它兩個量之間關(guān)系。

(1)探究加速度與力關(guān)系基本思緒：保持物體質(zhì)量不變，測量物體在不一樣力作用下加速度，分析加速度與力關(guān)系。

(2)探究加速度與質(zhì)量關(guān)系基本思緒：保持物體所受力不變，測量不一樣質(zhì)量物體在該力作用下加速度，分析加速度與質(zhì)量關(guān)系。第6頁

(3)試驗(yàn)方案：這個試驗(yàn)中需要測量物理量有三個：物體加速度、物體所受力、物體質(zhì)量。質(zhì)量用天平測量，所以本試驗(yàn)要處理主要問題是怎樣測量加速度和物體所受力。①怎樣測量(或比較)物體加速度：在運(yùn)動物體上安裝一條穿過打點(diǎn)計時器紙帶，依據(jù)紙帶上打出點(diǎn)來測量加速度。在這個試驗(yàn)中也能夠測加速度與其它量之間百分比關(guān)系。測量不一樣情況下(即不一樣受力、不一樣質(zhì)量時)物體加速度比值就能夠了。第7頁第8頁②怎樣提供和測量物體所受恒力：設(shè)計試驗(yàn)裝置如圖4－2－1所表示。圖4－2－1第9頁

a．對此試驗(yàn)中力了解：除了在真空中拋出或落下物體(僅受重力)外，僅受一個力物體幾乎是不存在。然而，一個單獨(dú)力作用效果與跟它大小、方向都相同協(xié)力作用效果是相同，所以，試驗(yàn)中力F含義能夠是物體所受協(xié)力。

b．平衡摩擦力：如圖4－2－1所表示，紙帶穿過打點(diǎn)計時器。為了消除摩擦力對小車影響，可將木板無滑輪一端稍微墊高一些，用小車重力分力來抵消它所受到摩擦力，直到小車不掛重物時能在木板上勻速運(yùn)動為止。第10頁當(dāng)掛上重物時，只要重物質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量，那么我們可近似認(rèn)為托盤和砝碼所受重力大小等于小車所受協(xié)力大小。增減盤中砝碼個數(shù)可改變小車所受到協(xié)力。第11頁第12頁三、試驗(yàn)器材打點(diǎn)計時器、紙帶、復(fù)寫紙片、小車、一端附有定滑輪長木板、小盤、砝碼、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。第13頁四、試驗(yàn)步驟

(1)用天平測出小車和重物質(zhì)量分別為M0、m0，并把數(shù)值統(tǒng)計下來。

(2)按圖4－2－2將試驗(yàn)器材安裝好(小車上不系繩)。圖4－2－2第14頁

(3)平衡摩擦力，把木板無滑輪一端下面墊一薄木板，重復(fù)移動其位置，直到打點(diǎn)計時器正常工作后不掛重物小車在斜面上做勻速直線運(yùn)動為止(紙帶上相鄰點(diǎn)間距相等)。

(4)將重物經(jīng)過細(xì)繩系在小車上，接通電源放開小車，用紙帶統(tǒng)計小車運(yùn)動情況；取下紙帶并在紙帶上標(biāo)上號碼及此時所掛重物重力m0g。第15頁

(5)保持小車質(zhì)量不變，改變所掛重物重力，重復(fù)步驟(4)，多做幾次試驗(yàn)，每次小車從同一位置釋放，并統(tǒng)計好對應(yīng)紙帶及重物重力m1g、m2g、…第16頁

(6)保持小車所受合外力不變，在小車上加放砝碼，并測出小車與所放砝碼總質(zhì)量M1，接通電源，放開小車用紙帶統(tǒng)計小車運(yùn)動情況，取下紙帶并在紙帶上標(biāo)上號碼。

(7)繼續(xù)在小車上加放砝碼，重復(fù)步驟(6)，多做幾次試驗(yàn)，在每次得到紙帶上標(biāo)上號碼。第17頁五、數(shù)據(jù)處理

(1)在每條紙帶上選取一段比較理想部分，計算出加速度a。

(2)當(dāng)小車質(zhì)量M不變時，將每次測出小車受到合外力F和對應(yīng)加速度a值填入下表。第18頁試驗(yàn)次數(shù)n小車受力F/N加速度a/(m·s－2)12345…表1：M不變，加速度a與受力關(guān)系第19頁

(3)當(dāng)小車所受合外力不變時，將每次測量小車質(zhì)量M和加速度a值填入下表。表2：F不變，加速度與質(zhì)量關(guān)系試驗(yàn)次數(shù)n小車質(zhì)量M/kg加速度a/(m·s－2)12345…第20頁圖4－2－3(5)分析(a)、(b)、(c)三個圖像，得出結(jié)論。第21頁六、注意事項

(1)平衡摩擦力時不要掛重物，整個試驗(yàn)平衡了摩擦力后，不論以后是改變盤和砝碼質(zhì)量還是改變小車及砝碼質(zhì)量，都不需要重新平衡摩擦力。

(2)試驗(yàn)中必須滿足小車和砝碼總質(zhì)量遠(yuǎn)大于小盤和砝碼總質(zhì)量。

(3)每次釋放小車時，小車應(yīng)靠近打點(diǎn)計時器而且先接通電源再放小車，當(dāng)小車靠近滑輪時用手按住小車。第22頁

(4)各紙帶上加速度a，都應(yīng)是該紙帶上平均加速度。

(5)作圖像時，要使盡可能多點(diǎn)在所作直線上，不在直線上點(diǎn)應(yīng)盡可能對稱分布在所作直線兩側(cè)。離直線較遠(yuǎn)點(diǎn)是錯誤數(shù)據(jù)，可舍去不予考慮。第23頁七、誤差分析

(1)在試驗(yàn)中，我們認(rèn)為鉤碼重力就等于小車所受協(xié)力。但這是有誤差，只有在小車質(zhì)量比較大，鉤碼重力比較小，且長木板合理傾斜情況下，試驗(yàn)結(jié)果才比較理想。

(2)質(zhì)量測量、長度測量中也存在偶然誤差，可經(jīng)過屢次測量取平均值方法來減小誤差。

(3)平衡摩擦力不準(zhǔn)而造成誤差。

(4)描點(diǎn)作圖時存在誤差。第24頁八、它案設(shè)計用氣墊導(dǎo)軌探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系

(1)試驗(yàn)設(shè)計：①讓滑塊在砝碼拉力作用下做加速運(yùn)動，統(tǒng)計下滑塊經(jīng)過光電門速度、砝碼質(zhì)量、兩光電門間距離。②保持滑塊質(zhì)量不變，經(jīng)過增加(或降低)砝碼數(shù)量來改變拉力大小。重復(fù)試驗(yàn)3次。第25頁第26頁

(3)數(shù)據(jù)分析：設(shè)計試驗(yàn)表格，將滑塊質(zhì)量不變時試驗(yàn)數(shù)據(jù)記入表格并進(jìn)行分析。滑塊質(zhì)量M＝________kg第27頁砝碼質(zhì)量m/kg滑塊所受拉力大小近似值F/N滑塊經(jīng)過光電門1速度v1/(m·s－1)滑塊經(jīng)過光電門2速度v2/(m·s－1)兩光電門間距離x/m滑塊加速度計算值a/(m·s－2)第28頁第29頁②我們認(rèn)為砝碼重力等于滑塊所受到拉力，但這是有條件，即滑塊質(zhì)量比砝碼質(zhì)量大得多，滑塊加速度不能太大。第30頁第31頁

[例1]

下面是“探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系”試驗(yàn)步驟：①用天平測出小車質(zhì)量M和小盤質(zhì)量m②安裝好打點(diǎn)計時器，在小車上裝好紙帶③調(diào)整長木板傾斜程度④在小盤中加入適量砝碼m1⑤保持小車質(zhì)量一定時，探究加速度與力關(guān)系⑥保持小車所受拉力一定時，探究加速度與質(zhì)量關(guān)系第32頁

(1)步驟③目標(biāo)是_____________________。

(2)步驟④中，要求小盤和砝碼總質(zhì)量(m＋m1)________小車質(zhì)量M。

(3)步驟⑤和⑥，表明該試驗(yàn)采取科學(xué)方法是________。第33頁

[解析]

(1)步驟③是為了平衡掉小車與木板、紙帶與打點(diǎn)計時器間摩擦力，使小車所受協(xié)力等于小盤和砝碼重力。

(2)步驟④中，要求小盤和砝碼總質(zhì)量(m＋m1)遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量M。

(3)該試驗(yàn)采取是控制變量法。

[答案]

(1)平衡摩擦力(2)遠(yuǎn)小于(3)控制變量法第34頁圖

4－2－4

[例2]在“探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系”試驗(yàn)中，采取圖4－2－4所表示裝置。

(1)本試驗(yàn)應(yīng)用試驗(yàn)方法是________。

A．控制變量法B．假設(shè)法C．理想試驗(yàn)法第35頁第36頁

(3)某同學(xué)測得小車加速度a和拉力F數(shù)據(jù)如表所表示：(小車質(zhì)量保持不變)F/N0.200.300.400.500.60a/(m·s－2)0.100.200.280.400.52第37頁①依據(jù)表中數(shù)據(jù)在坐標(biāo)圖4－2－5上作出a－F圖像。圖

4－2－5②圖線不過原點(diǎn)原因可能是________。第38頁第39頁(3)①作出a－F圖像如圖所表示。第40頁②由a－F圖像可知，當(dāng)力F<0.1N時，小車沒有動，說明此時小車所受摩擦力沒有完全平衡掉。

[答案]

(1)A

(2)CD

(3)①圖看法析②未平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠第41頁

[例3]

在“探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力關(guān)系”試驗(yàn)中，某小組設(shè)計了如圖4－2－6所表示試驗(yàn)裝置。圖

4－2－6第42頁

(1)因?yàn)榛瑝KM與軌道間有氣墊，所以M受到阻力極小，能夠忽略不計。試驗(yàn)前需要調(diào)整氣墊導(dǎo)軌底座使之水平，利用現(xiàn)有器材怎樣判斷導(dǎo)軌是否水平？

(2)為了使鉤碼所受重力等于使滑塊做勻加速運(yùn)動力，要求所掛鉤碼質(zhì)量m與滑塊質(zhì)量M應(yīng)滿足什么關(guān)系？第43頁(3)試驗(yàn)中取得數(shù)據(jù)以下表所表示：m＝0.004kg

F＝0.0392N

x＝0.500