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1、物理必修物理必修1-4.2实验：探究加速度：探究加速度与力、与力、质量的关系量的关系控制变量法控制变量法 m一定一定 aF F一定一定 am （一）实验探究：（一）实验探究：1 1、实验方法、实验方法 ：2 2、实验数据分析方、实验数据分析方 法法 ： 画出画出a-Fa-F和和a-1/ma-1/m的图像的图像实验探究实验探究实验探究实验探究问题问题1如何测量加速度？如何测量加速度？问题问题2如何测量小车受到的拉力？如何测量小车受到的拉力？问题问题3如何减小摩擦力的影响？如何减小摩擦力的影响？方案一：方案一：问题问题4 4、绳子的拉力等于钩码的重量吗？、绳子的拉力等于钩码的重量吗？ 为什么？为什
2、么？ 不等于！因为钩码向下加速，所以绳不等于！因为钩码向下加速，所以绳子的拉力小于钩码的重力。子的拉力小于钩码的重力。 问题问题5 5、什么情况下钩码重力可以近似等于、什么情况下钩码重力可以近似等于 绳子拉力即小车所受的合外力？绳子拉力即小车所受的合外力？ 当砝码质量比小车质量小得多时，绳子的拉当砝码质量比小车质量小得多时，绳子的拉力近似等于砝码的重力，即小车受到合外力力近似等于砝码的重力，即小车受到合外力近似等于砝码的重力。近似等于砝码的重力。 实验过程实验过程实验过程实验过程3 3（1 1）用天平测出小车和小盘的质量）用天平测出小车和小盘的质量 M M 和和m m，并把数据记录下来并把数据
3、记录下来( (要求：要求：M M m m) )（2 2）按实验装置图把实验器材安装好，但不）按实验装置图把实验器材安装好，但不要把悬挂小盘的细绳系在小车上要把悬挂小盘的细绳系在小车上（3 3）平衡摩擦力）平衡摩擦力（4 4）把细绳系在小车上，并绕过定滑轮，先）把细绳系在小车上，并绕过定滑轮，先通电源再放开小车，取下纸带，并标注牵引力通电源再放开小车，取下纸带，并标注牵引力（5 5）保持小车质量不变，在小盘内放入质量）保持小车质量不变，在小盘内放入质量为为m m1 1的小物体，重复上述实验的小物体，重复上述实验（6 6）重复上述实验多次后，停止实验，整理器材）重复上述实验多次后，停止实验，整理器
4、材实验探究实验探究实验探究实验探究数据处理数据处理数据分析数据分析数据分析数据分析2 2 2用纵坐标表示加速度用纵坐标表示加速度用纵坐标表示加速度用纵坐标表示加速度 a a，横坐标表示牵引力，横坐标表示牵引力，横坐标表示牵引力，横坐标表示牵引力F F作作作作a a F F 图象图象图象图象次数次数次数次数牵引力牵引力牵引力牵引力F F/N/N加速度加速度加速度加速度a a1 12 23 34 45 50.200.300.400.500.600.300.100.150.210.26F F/N/Na a/ms/ms2 20 00.100.100.200.200.300.300.400.400.20
5、0.20 0.400.40 0.600.60a a F F 图象是一条过原点的倾斜直线图象是一条过原点的倾斜直线图象是一条过原点的倾斜直线图象是一条过原点的倾斜直线a F(2)把不同质量把不同质量(小车与车内砝码的总质量小车与车内砝码的总质量)的小车在的小车在相同力作用下产生的加速度填在下表中：相同力作用下产生的加速度填在下表中：实验次数次数加速度加速度a/(ms2)小小车的的总质量量m/kg1234由以上数据画出它的由以上数据画出它的am图象及图象及a 图象，如图图象，如图实实43甲、乙所示甲、乙所示图实图实43通过通过am和和a 关系图象，我们可以得出小车的加速关系图象，我们可以得出小车的
6、加速度度a与质量与质量m成反比，与质量的倒数成反比，与质量的倒数 成正比成正比4 4、注意事项：、注意事项：1 1）小桶和砝码的质量要远远小于小车的质量，这）小桶和砝码的质量要远远小于小车的质量，这样小车受到的拉力才等于砝码的质量样小车受到的拉力才等于砝码的质量2 2）要将长木板的一端适当垫高，用小车的重力的）要将长木板的一端适当垫高，用小车的重力的分力将摩擦力平衡掉。分力将摩擦力平衡掉。在平衡摩擦力时，不要把悬在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细线系在小车上，即不要给小车加任何牵挂小盘的细线系在小车上，即不要给小车加任何牵引力，并要让小车拖着打点的纸带运动引力，并要让小车拖着打点的纸带运动3
7、3）每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应）每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，再放开小车，且应在小车到达滑轮先接通电源，再放开小车，且应在小车到达滑轮前按住小车前按住小车4 4）作图象时，要使尽可能多的点在所作直线上，）作图象时，要使尽可能多的点在所作直线上，不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线两不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线两侧侧方案二：方案二：利用气垫导轨来探究加速度利用气垫导轨来探究加速度与力、质量的关系与力、质量的关系图图 2 :2 :滑块和挡光片滑块和挡光片 图图 3: 3: 光电门光电门 光电门光电门1 1光电门光电门2 2挡光板挡光板 xX/t小
8、车小车夹子方案三：方案三：课本上参考案例中的实验方案课本上参考案例中的实验方案由于两小同时启动、同时停止由于两小同时启动、同时停止, ,故运动时间相同故运动时间相同m一定时：一定时：F一定时：一定时： 只需验证：只需验证：（ ）（ ）m m光滑水平面光滑水平面F F1 1某学生做某学生做“探究加速度与力、质量的关系探究加速度与力、质量的关系”的实验在平衡摩擦力时，把长木板的一端垫得过高，的实验在平衡摩擦力时，把长木板的一端垫得过高，使得倾角偏大他所得到的使得倾角偏大他所得到的a aF F关系可用下列哪个关系可用下列哪个图线表示图线表示( (图中图中a a是小车的加速度，是小车的加速度，F F是
9、细线作用于小是细线作用于小车的拉力车的拉力)()() )练习：练习：2 2在本实验中，在研究加速度在本实验中，在研究加速度a a与小车的质量与小车的质量M M的的关系时，由于没有注意始终满足关系时，由于没有注意始终满足M Mm m的条件，结果得到的条件，结果得到的图象应下是图中的的图象应下是图中的( () )3 3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”的实验中，的实验中，某同学选用的实验装置如图所示某同学选用的实验装置如图所示(1)(1)在水平实验桌上放置一端有定滑轮的长木板，将在水平实验桌上放置一端有定滑轮的长木板，将不带定滑轮的一端适当垫起的目的是不带定滑轮的一端适当
10、垫起的目的是_._.(2)(2)请指出这位同学实验装置中的三处错误：请指出这位同学实验装置中的三处错误：A A_ _ _；B B_；C C_。4、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”的实验中，按实验要求的实验中，按实验要求安装好器材后，应按一定步骤进行实验，下述操作步骤的安排顺安装好器材后，应按一定步骤进行实验，下述操作步骤的安排顺序不尽合理，请将合理的顺序填写在下面的横线上：序不尽合理，请将合理的顺序填写在下面的横线上：_(填填字母代号字母代号)A保持重物的质量不变，在小车里加砝码，测出加速度，重复保持重物的质量不变，在小车里加砝码，测出加速度，重复几次几次B保持小
11、车质量不变，改变重物的质量，测出加速度，重复几保持小车质量不变，改变重物的质量，测出加速度，重复几次次C用天平测出小车和重物的质量用天平测出小车和重物的质量D平衡摩擦力，使小车近似做匀速直线运动平衡摩擦力，使小车近似做匀速直线运动E挂上重物，放进砝码，接通打点计时器的电源，放开小车，挂上重物，放进砝码，接通打点计时器的电源，放开小车，在纸带上打下一系列的点在纸带上打下一系列的点F根据测量的数据，分别画出根据测量的数据，分别画出aF和和a 图线图线DCEABF或或DCEBAF. (2009(2009江苏高考江苏高考) )“探究加速度与物体探究加速度与物体质量、物体量、物体受力的关系受力的关系”的
12、的实验装置如装置如图实4 44 4甲所示甲所示图实444、(1)在平衡小车与桌面之间摩擦力的过程中，打出了一条纸在平衡小车与桌面之间摩擦力的过程中，打出了一条纸带如图乙所示计时器打点的时间间隔为带如图乙所示计时器打点的时间间隔为0.02 s从比较清从比较清晰的点起，每晰的点起，每5个点取一个计数点，量出相邻计数点之间的个点取一个计数点，量出相邻计数点之间的距离该小车的加速度距离该小车的加速度a_m/s2.(结果保留两位有效结果保留两位有效数字数字)(2)平衡摩擦力后，将平衡摩擦力后，将5个相同的砝码都放在小车上挂上砝个相同的砝码都放在小车上挂上砝码盘，然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中，
13、测量码盘，然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中，测量小车的加速度小车的加速度小车的加速度小车的加速度a与砝码盘中砝码总重力与砝码盘中砝码总重力F的实的实验数据如下表：验数据如下表：砝砝码盘中砝中砝码总重力重力F(N)0.1960.3920.5880.7840.980加速度加速度a(ms2)0.691.181.662.182.70请根据根据实验数据作出数据作出aF的关系的关系图象象图实45(3)根据提供的实验数据作出的根据提供的实验数据作出的aF图线不通过原点图线不通过原点请说明主要原因请说明主要原因解析解析(1)a m/s20.16 m/s2或或a m/s20.15 m/s2.(2)如图实
14、如图实46所示所示图实图实46(3)小车、砝码盘和砝码组成的系统所受合外力为砝码盘和小车、砝码盘和砝码组成的系统所受合外力为砝码盘和砝码的总重力，而表中数据漏计了砝码盘的重力，导致合砝码的总重力，而表中数据漏计了砝码盘的重力，导致合力力F的测量值小于真实值，的测量值小于真实值，aF图线不过原点图线不过原点答案答案(1)0.16(0.15也算对也算对) (2)见解析见解析 (3)未计入砝码盘的重力未计入砝码盘的重力7.(2009年台州模拟年台州模拟)如图如图3410所示，在探究加所示，在探究加速度与力、质量的关系的演示实验中，若速度与力、质量的关系的演示实验中，若1、2两个两个相同的小车所受拉力
15、分别为相同的小车所受拉力分别为F1、F2，车中所放砝码，车中所放砝码的质量分别为的质量分别为m1、m2，打开夹子后经过相同的时间，打开夹子后经过相同的时间两车的位移分别为两车的位移分别为x1、x2，则在实验误差允许的范，则在实验误差允许的范围内，有围内，有()A当当m1m2、F12F2时，时，x12x2B当当m1m2、F12F2时，时，x22x1C当当m12m2、F1F2时，时，x12x2D当当m12m2、F1F2时，时，x22x18.如图所示的实验装置可以探究加速度与力、质量的关如图所示的实验装置可以探究加速度与力、质量的关系，小车上固定一个盒子，盒子内盛有沙子沙桶的总系，小车上固定一个盒子
16、，盒子内盛有沙子沙桶的总质量质量(包括桶以及桶内沙子质量包括桶以及桶内沙子质量)记为记为m，小车的总质量，小车的总质量(包括车、盒子及盒内沙子质量包括车、盒子及盒内沙子质量)记为记为M.(1)验证在质量不变的情况下，加速度与合外力成正比：验证在质量不变的情况下，加速度与合外力成正比：从盒子中取出一些沙子，装入沙桶中，称量并记录沙桶从盒子中取出一些沙子，装入沙桶中，称量并记录沙桶的总重力的总重力mg，将该力视为合外力，将该力视为合外力F，对应的加速度，对应的加速度a则则从打下的纸带中计算得出多次改变合外力从打下的纸带中计算得出多次改变合外力F的大小，的大小，每次都会得到一个相应的加速度本次实验中
17、，桶内的每次都会得到一个相应的加速度本次实验中，桶内的沙子取自小车中，故系统的总质量不变以合外力沙子取自小车中，故系统的总质量不变以合外力F为为横轴，以加速度横轴，以加速度a为纵轴，画出为纵轴，画出aF图象，图象是一条图象，图象是一条过原点的直线过原点的直线aF图象斜率的物理意义是图象斜率的物理意义是_你认为把沙桶的总重力你认为把沙桶的总重力mg当作合外力当作合外力F是否合理？是否合理？答：答：_.(填填“合理合理”或或“不合理不合理”)本次实验中，是否应该满足本次实验中，是否应该满足Mm这样的条件？这样的条件？答：答：_(填填“是是”或或“否否”)；理由是；理由是_(2)验证在合外力不变的情况下，加速度与质量成反比：保持桶内验证在合外力不变的情况下，加速度与质量成反比：保持桶内沙子质量沙子质量m不变，在盒子内添加或去掉一些沙子，验证加速度与不变，在盒子内添加或去掉一些沙子，验证加速度与质量的关系本次实验中，桶内的沙子总质量不变，故系统所受质量的关系本次实验中，桶内的沙子总质量不变，故系统所受的合外力不变的合外力不变用图象法处理数据时，以加速度用图象法处理数据时，以加速度a为纵横，应该以为纵横，应该以_倒倒数为横轴数为横轴谢谢
