《高中物理 第4章 牛顿运动定律 第2节 实验探究加速度与力、质量的关系课件 新人教版必修1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理 第4章 牛顿运动定律 第2节 实验探究加速度与力、质量的关系课件 新人教版必修1（19页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第第2 2节实验节实验: :探究加速度与力、质量的探究加速度与力、质量的关系关系实验探究实验探究实验基础实验基础典例研习典例研习实验基础实验基础 解读实验解读实验萃取精华萃取精华实验探究实验探究 探寻结论探寻结论提升精度提升精度一、数据处理一、数据处理1.1.计算法计算法: :计算加速度或加速度之比计算加速度或加速度之比( (等于位移之比等于位移之比) )后后, ,探究与力或质量之探究与力或质量之比有何关系比有何关系. .二、误差分析二、误差分析产生原因产生原因减小方法减小方法偶然偶然误差误差质量测量不准、计数点间距质量测量不准、计数点间距测量不准测量不准多次测量求平均值多次测量求平均值小车所
2、受拉力测量不准小车所受拉力测量不准(1)(1)尽量减小摩擦力的影响尽量减小摩擦力的影响(2)(2)使细绳和纸带平行于木板使细绳和纸带平行于木板作图不准作图不准使尽可能多的点落在直线上或使尽可能多的点落在直线上或均匀分布在直线两侧均匀分布在直线两侧, ,误差较大误差较大的点舍去的点舍去系统系统误差误差小盘及重物的总重力代替小小盘及重物的总重力代替小车所受的拉力车所受的拉力使小盘和重物的总质量远小于使小盘和重物的总质量远小于小车的质量小车的质量三、注意事项三、注意事项1.1.平衡摩擦力时不要挂重物平衡摩擦力时不要挂重物, ,整个实验平衡了摩擦力后整个实验平衡了摩擦力后, ,不管以后是改变小盘不管以
3、后是改变小盘和重物的质量还是改变小车及砝码的质量和重物的质量还是改变小车及砝码的质量, ,都不需要重新平衡摩擦力都不需要重新平衡摩擦力. .2.2.实验中要使小车和砝码的总质量远大于小盘和重物的总质量实验中要使小车和砝码的总质量远大于小盘和重物的总质量. .只有如此只有如此, ,重重物和小盘的总重力可作为小车受到的拉力物和小盘的总重力可作为小车受到的拉力. .3.3.小车应靠近打点计时器且先接通电源再放手小车应靠近打点计时器且先接通电源再放手. .4.4.作图像时作图像时, ,要通过可能多的点作图线要通过可能多的点作图线, ,不在图线上的点应尽可能对称分布在不在图线上的点应尽可能对称分布在图线
4、两侧图线两侧, ,离图线较远的点应该舍去不予考虑离图线较远的点应该舍去不予考虑. .( (教师参考教师参考) )用气垫导轨探究加速度与力的关系用气垫导轨探究加速度与力的关系1.1.实验设计实验设计(1)(1)让滑块在砝码拉力的作用下做加速运动让滑块在砝码拉力的作用下做加速运动, ,记录下滑块通过光电门的速记录下滑块通过光电门的速度、砝码的质量、两光电门间的距离度、砝码的质量、两光电门间的距离. .(2)(2)保持滑块的质量不变保持滑块的质量不变, ,通过增加通过增加( (或减少或减少) )砝码的数量来改变拉力的大砝码的数量来改变拉力的大小小. .重复实验三次重复实验三次. .2.2.计算加速度
5、的方法计算加速度的方法已知滑块经过两个不同位置的速度已知滑块经过两个不同位置的速度v v1 1和和v v2 2以及两位置间的距离以及两位置间的距离x,x,利用利用a=a= 就可以求得加速度就可以求得加速度. .3.3.数据的分析数据的分析设计实验表格设计实验表格, ,将滑块质量不变时的实验数据记入表格并进行分析将滑块质量不变时的实验数据记入表格并进行分析. .滑块质量滑块质量M=M=kgkg砝码的砝码的质量质量m/kgm/kg滑块所受滑块所受拉力大小拉力大小的近似值的近似值F/NF/N滑块通过滑块通过光电门光电门1 1的速度的速度v v1 1/ /(m(ms s-1-1) )滑块通过滑块通过光
6、电门光电门2 2的速度的速度v v2 2/ /(m(ms s-1-1) )两光电两光电门间的门间的距离距离x/mx/m滑块加速滑块加速度的计算度的计算值值a/a/(m(ms s-2-2) )由数据分析得出的结论由数据分析得出的结论: :当滑块的质量不变时当滑块的质量不变时,a,a与与F F成正比成正比. .4.4.需要说明的两个问题需要说明的两个问题(1)(1)有的仪器只能记录滑块经过光电门的时间有的仪器只能记录滑块经过光电门的时间, ,但这个时间很短暂但这个时间很短暂, ,故故可用可用v= (v= (d d是挡光片的宽度是挡光片的宽度,t,t是挡光时间是挡光时间) )求得滑块在不同位置的瞬求
7、得滑块在不同位置的瞬时速度时速度. .(2)(2)认为砝码的重力等于滑块受到的拉力认为砝码的重力等于滑块受到的拉力, ,但这是有条件的但这是有条件的, ,即滑块的即滑块的质量比砝码的质量大得多质量比砝码的质量大得多, ,滑块的加速度不能太大滑块的加速度不能太大. .典例研习典例研习 通法悟道通法悟道拓宽思路拓宽思路类型一类型一 实验操作及注意事项实验操作及注意事项【例例1 1】用如图所示的装置探究在作用力用如图所示的装置探究在作用力F F一定时一定时, ,小车的加速度小车的加速度a a与小车质量与小车质量M M的的关系关系, ,某位同学设计的实验步骤如下某位同学设计的实验步骤如下: :A.A.
8、用天平称出小车和小桶及内部所装沙子的质量用天平称出小车和小桶及内部所装沙子的质量B.B.按图装好实验器材按图装好实验器材C.C.把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂沙桶把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂沙桶D.D.将电磁打点计时器接在将电磁打点计时器接在6 V6 V电压的蓄电池上电压的蓄电池上, ,接通电源接通电源, ,放开小车放开小车, ,打点计时器在打点计时器在纸带上打下一系列点纸带上打下一系列点, ,并在纸带上标明小车质量并在纸带上标明小车质量E.E.保持小桶及其中沙子的质量不变保持小桶及其中沙子的质量不变, ,增加小车上的砝码个数增加小车上的砝码个数, ,并记录每次增加后的并记录每次增加后的
9、M M值值, ,重复上述实验重复上述实验F.F.分析每条纸带分析每条纸带, ,测量并计算出加速度的值测量并计算出加速度的值G.G.作作a a- -M M关系图像关系图像, ,并由图像确定并由图像确定a a- -M M关系关系(1)(1)该同学漏掉的重要实验步骤是该同学漏掉的重要实验步骤是, ,该步骤应排在该步骤应排在步实步实验之后验之后. .(2)(2)在上述步骤中在上述步骤中, ,有错误的是有错误的是, ,应把应把改为改为. .(3)(3)在上述步骤中在上述步骤中, ,处理不恰当的是处理不恰当的是 , ,应把应把 改改为为. .解析解析: :实验中把小桶及其中沙子受到的重力看做与小车所受拉力
10、大小相实验中把小桶及其中沙子受到的重力看做与小车所受拉力大小相等等, ,没有考虑摩擦力没有考虑摩擦力, ,故必须平衡摩擦力故必须平衡摩擦力. .电磁打点计时器接在电磁打点计时器接在6 V6 V电压的电压的蓄电池上将无法工作蓄电池上将无法工作, ,必须接在必须接在6 V6 V以下交流电压的学生电源上以下交流电压的学生电源上. .作作a a- -M M关关系图像系图像, ,得到的是双曲线得到的是双曲线, ,很难作出正确的判断很难作出正确的判断, ,必须必须“化曲为直化曲为直”, ,改作改作a a- - 关系图像关系图像. .答案答案: :(1)(1)平衡摩擦力按图装好实验器材即平衡摩擦力按图装好实
11、验器材即B B(2)(2)步骤步骤D D6 V6 V电压的蓄电池电压的蓄电池6 V6 V以下交流电压的学生电源以下交流电压的学生电源(3)(3)步骤步骤G Ga a- -M Ma a- -规律方法规律方法 控制变量法的应用控制变量法的应用本实验有本实验有F,M,aF,M,a三个变量三个变量, ,探究加速度探究加速度a a与与F F及及M M的关系时的关系时, ,我们先控制一个我们先控制一个变量变量, ,在该实验中先控制小车的质量在该实验中先控制小车的质量M M不变不变, ,讨论讨论a a与与F F的关系的关系; ;再控制沙和再控制沙和沙桶的质量不变沙桶的质量不变, ,即即F F不变不变, ,改
12、变小车的质量改变小车的质量M,M,讨论讨论a a与与M M的关系的关系. .类型二类型二 数据处理与误差分析数据处理与误差分析【例例2 2】 在在“探究加速度与力、质量的关系探究加速度与力、质量的关系”实验中实验中, ,某同学使用了如图某同学使用了如图( (甲甲) )所示的装置所示的装置, ,打点计时器的打点频率为打点计时器的打点频率为50 Hz.50 Hz.(1)(1)该同学得到一条纸带该同学得到一条纸带, ,在纸带上取连续的在纸带上取连续的A,B,C,D,E,FA,B,C,D,E,F六个计时点六个计时点, ,如图如图( (乙乙) )所示所示, ,相邻两点间的距离分别为相邻两点间的距离分别为
13、10.0 mm,12.0 mm,14.0 mm,16.0 mm,10.0 mm,12.0 mm,14.0 mm,16.0 mm,18.0 mm,18.0 mm,则打则打E E点时小车的速度为点时小车的速度为m/sm/s, ,打打A,FA,F两点的过程中小车的平两点的过程中小车的平均速度为均速度为m/sm/s, ,小车的加速度为小车的加速度为m/sm/s2 2. .答案答案: :(1)0.85(1)0.850.70.75 5 答案答案: :(2)a-(2)a-(2)(2)该同学要探究小车的加速度该同学要探究小车的加速度a a和质量和质量M M的关系的关系, ,应该保持拉力不变应该保持拉力不变;
14、;得到得到多组数据多组数据, ,从中可猜测从中可猜测a a与与M M可能成反比可能成反比, ,为利用图像验证该猜测为利用图像验证该猜测, ,他应描绘他应描绘的图像是的图像是( (选填选填“a a- -M M”或或“a a- - ”) ). .解析解析: :(2)(2)在拉力一定时在拉力一定时,a,a与与M M成反比成反比, ,利用多组数据描绘的利用多组数据描绘的a a- -M M图像是曲图像是曲线线, ,他可以描述他可以描述a a- - 图像图像, ,若图线为一条过原点的直线若图线为一条过原点的直线, ,则可说明则可说明a a与与M M成反比成反比; ;(3)(3)该同学通过对数据的处理作出了
15、该同学通过对数据的处理作出了a-Fa-F图像如图图像如图( (丙丙) )所示所示, ,则则图中的直线不过原点的原因是图中的直线不过原点的原因是 . .此图中直线发生弯曲的原因是此图中直线发生弯曲的原因是 . .解析解析: :(3)(3)由图像可知由图像可知, ,当拉力为当拉力为0 0时小车的加速度大于时小车的加速度大于0,0,说明平衡摩说明平衡摩擦力时木板右端垫得偏高擦力时木板右端垫得偏高, ,使重力沿木板向下的分力大于摩擦力使重力沿木板向下的分力大于摩擦力, ,即直即直线不过原点的原因是平衡摩擦阻力时木板倾角过大线不过原点的原因是平衡摩擦阻力时木板倾角过大; ;要使绳子所挂沙桶要使绳子所挂沙
16、桶( (包括沙包括沙) )的重力大小作为细绳对小车拉力的大小的重力大小作为细绳对小车拉力的大小, ,必须使沙和沙桶的质量必须使沙和沙桶的质量m m远小于小车质量远小于小车质量M,M,否则对小车拉力否则对小车拉力F F小于小于mg,mg,即即mgmg对应的加速度值小对应的加速度值小, ,造成图线偏离原来的直线造成图线偏离原来的直线, ,而出现较大误差而出现较大误差. .答案答案: :(3)(3)平衡摩擦阻力时木板倾角过大平衡摩擦阻力时木板倾角过大沙和沙桶的质量过大沙和沙桶的质量过大, ,不不再满足再满足m mM M实验误差分析实验误差分析误区警示误区警示 (1)(1)若平衡摩擦力时若平衡摩擦力时, ,木板垫起的倾角过小木板垫起的倾角过小, ,则则a-a-F,aF,a- - 图像如图图像如图( (甲甲) )、( (乙乙)所示所示; ;(2)(2)若平衡摩擦力时若平衡摩擦力时, ,木板垫起的倾角过大木板垫起的倾角过大, ,则则a a- -F,aF,a- - 图像如图图像如图( (甲甲) )、( (乙乙)所示所示. .(3)(3)若实验中没有满足若实验中没有满足M M远大于远大于m,m,则则a a- -F,aF,a- - 图像如图图像如图( (丙丙) )、( (丁丁) )所示所示. .
