《（浙江選考）2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 實(shí)驗(yàn)3 探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系課件.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《（浙江選考）2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 實(shí)驗(yàn)3 探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系課件.ppt（60頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、實(shí)驗(yàn)3探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系,一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?三 實(shí)驗(yàn)器材,四 實(shí)驗(yàn)步驟,五 數(shù)據(jù)處理,教材研讀,六注意事項(xiàng),七 誤差分析,二 實(shí)驗(yàn)原理,考點(diǎn)一 實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)操作,考點(diǎn)二 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與誤差分析,考點(diǎn)三 實(shí)驗(yàn)拓展與實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新,考點(diǎn)突破,一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?教材研讀,1.學(xué)會用控制變量法研究物理規(guī)律。 2.探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系。 3.掌握靈活運(yùn)用圖像處理問題的方法。,二、實(shí)驗(yàn)原理 本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)裝置圖如圖所示:,四、實(shí)驗(yàn)步驟 1.測量:用天平測量出小盤和砝碼的總質(zhì)量m和小車的質(zhì)量m。 2.安裝:按照實(shí)驗(yàn)裝置圖把實(shí)驗(yàn)器材安裝好,只是不把懸掛小盤的細(xì)繩系在小車上(即不給小車牽引力)。 3.平衡摩擦力
2、:在長木板的不帶定滑輪的一端下面墊上一薄木塊,使小車在不掛砝碼和小盤的情況下能勻速下滑。 4.實(shí)驗(yàn)操作 (1)將小盤通過細(xì)繩繞過定滑輪系于小車上,小車停在打點(diǎn)計時器處,先接通電源,后放開小車,打出一條紙帶,取下紙帶編號碼。,六、注意事項(xiàng) 1.在平衡摩擦力時,不要把懸掛小盤的細(xì)繩系在小車上,即不要給小車加任何牽引力,并要讓小車拖著紙帶勻速運(yùn)動。,2.實(shí)驗(yàn)步驟2、3不需要重復(fù),即整個實(shí)驗(yàn)平衡了摩擦力后,不管以后是改變小盤和砝碼的總質(zhì)量還是改變小車和砝碼的總質(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與車上所加砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)大于小盤和盤內(nèi)砝碼的總質(zhì)量的條件下打出。只有如此,小盤和盤內(nèi)砝
3、碼的總重力才可視為小車受到的拉力。 4.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(diǎn)計時器,并應(yīng)先接通電源,再放開小車,且應(yīng)在小車到達(dá)滑輪前按住小車。,5.作圖像時,要使盡可能多的點(diǎn)落在所作直線上,不在直線上的點(diǎn)應(yīng)盡可能均勻分布在所作直線兩側(cè)。 6.作圖時兩軸標(biāo)度比例要選擇適當(dāng),各量須采用國際單位制中單位。這樣作圖線時,坐標(biāo)點(diǎn)間距不至于過密,誤差會小些。 7.為提高測量精度 (1)應(yīng)舍掉紙帶上開頭比較密集的點(diǎn),在后邊便于測量的地方找一個起點(diǎn)。 (2)可以把每打五次點(diǎn)的時間作為時間單位,即從開始點(diǎn)起,每五個點(diǎn)標(biāo)出一個計數(shù)點(diǎn),而相鄰計數(shù)點(diǎn)間的時間間隔為T=0.1 s。,七、誤差分析 1.質(zhì)量
4、的測量誤差,紙帶上打點(diǎn)計時器打點(diǎn)間隔距離的測量誤差,細(xì)繩或紙帶與木板不平行造成的誤差。 2.因?qū)嶒?yàn)原理不完善造成誤差:本實(shí)驗(yàn)中用小盤和砝碼的總重力代替小車受到的拉力(實(shí)際上小車受到的拉力要小于小盤和砝碼的總重力),存在系統(tǒng)誤差。小盤和砝碼的總質(zhì)量越接近小車的質(zhì)量,誤差就越大;反之,小盤和砝碼的總質(zhì)量越小于小車的質(zhì)量,誤差就越小。,3.平衡摩擦力不準(zhǔn)造成誤差:在平衡摩擦力時,除了不掛小盤外,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)計時器),勻速運(yùn)動的標(biāo)志是打點(diǎn)計時器打出的紙帶上各點(diǎn)的距離相等。,例1如圖所示是“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)裝置: (1)下圖是實(shí)驗(yàn)時平衡阻力的情形,其中
5、正確的是 (選填字母),(2)在平衡阻力后,當(dāng)小車總質(zhì)量 (填“遠(yuǎn)大于”“遠(yuǎn)小于”或“近似等于”)小盤及盤內(nèi)物體的總質(zhì)量時,小盤及盤內(nèi)物體的總重力大小近似等于小車運(yùn)動時所受的拉力大小。實(shí)驗(yàn)時可通過增減小盤中 (選填“50 g砝碼”或“1 g砝碼”)的個數(shù)來改變拉力的大小。,答案(1)C(2)遠(yuǎn)大于1 g砝碼,解析(1)平衡摩擦力時,不掛托盤和砝碼,將不帶滑輪的一端墊起,使小車所受的重力沿斜面向下的分力與小車受到的摩擦力平衡,故C正確,A、B錯誤。 (2)設(shè)繩子上的拉力為F,根據(jù)牛頓第二定律,對小車有:F=Ma,對小盤及盤內(nèi)物體有:mg-F=ma,聯(lián)立可得:F=,由此可知,當(dāng)小車總質(zhì)量M遠(yuǎn)
6、大于小盤及盤內(nèi)物體m時,繩對小車的拉力大小近似等于小盤及盤內(nèi)物體的重力。由上可知,實(shí)驗(yàn)時可通過增減小盤中1 g砝碼的個數(shù)來改變拉力的大小。,變式1用圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系。 (1)完成平衡摩擦力的相關(guān)內(nèi)容: A.取下沙桶,把木板不帶滑輪的一端墊高; B.接通打點(diǎn)計時器電源,輕推小車,讓小車拖著紙帶運(yùn)動,如果打出的紙帶如圖乙所示,則應(yīng) (選填“增大”“減小”或“不改變”)木板的傾角,反復(fù)調(diào)節(jié),直到紙帶上打出的點(diǎn)跡 為止。 (2)某同學(xué)實(shí)驗(yàn)時得到如圖丙所示的a-F圖像(沙和沙桶質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量),則該同學(xué)探究的是:在 條件下,,成正比。 (3)上題中若沙和沙
7、桶質(zhì)量過大,不能遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量,則可能會出現(xiàn)下列哪種圖像 。,造成的,應(yīng)減小木板的傾角,反復(fù)調(diào)節(jié),直到紙帶上打出的點(diǎn)跡間隔相等為止。 (2)該實(shí)驗(yàn)中使用了控制變量法,在探究a與F的關(guān)系時,小車質(zhì)量應(yīng)保持 不變,即小車的重力一定;由圖丙所示的a-F圖像可知,小車的加速度與其所受拉力成正比。 (3)由于沒有滿足小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于沙和沙桶質(zhì)量,則當(dāng)拉力較大時加速度與沙和沙桶重力不成正比,圖線上部向下彎曲,故選B。,變式2用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置可以驗(yàn)證加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系。小車上固定一個盒子,盒子內(nèi)盛有沙子,沙桶的總質(zhì)量(桶以及桶內(nèi)沙子質(zhì)量)記為m,小車的總質(zhì)量(車、盒子及盒內(nèi)沙子質(zhì)量)記為M。
8、 (1)驗(yàn)證在質(zhì)量不變的情況下,物體加速度與所受合外力成正比。從盒,子中取出一些沙子,裝入沙桶中,稱量并記錄沙桶的總重力mg,將該力視為合外力F,通過打下的紙帶計算得出對應(yīng)的加速度a。多次改變合外力F的大小,每次都會得到一個相應(yīng)的加速度。本次實(shí)驗(yàn)中,桶內(nèi)的沙子取自小車中,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,畫出a-F圖像,圖線是一條過原點(diǎn)的直線。 a-F圖線斜率的物理意義是 。 你認(rèn)為把沙桶的總重力mg當(dāng)做合外力F是否合理? 答: (選填“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: (選填“是”或“否”)。理由是: 。 (2)驗(yàn)
9、證在物體所受合外力不變的情況下,其加速度與質(zhì)量成反比。保持桶內(nèi)沙子質(zhì)量不變,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。用圖像法處理數(shù)據(jù)時,以加速度a為縱軸,應(yīng)該以 的倒數(shù)為橫軸。,例2用如圖所示裝置來完成“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)。 (1)(多選)下列操作需要且正確的有。,A.將長木板帶定滑輪的一端適當(dāng)墊高,以消除摩擦力的影響 B.用天平測出小車的質(zhì)量M和鉤碼的質(zhì)量m,當(dāng)M遠(yuǎn)大于m時,可近似認(rèn)為小車受到的拉力F=mg C.正確安裝好裝置后,將小車停在靠近打點(diǎn)計時器處,先接通電源,待計時器穩(wěn)定工作后再釋放小車 D.選取
10、點(diǎn)跡清晰的紙帶,必須以打的第一個點(diǎn)為計數(shù)起始點(diǎn)進(jìn)行測量 (2)某小組的同學(xué)用該實(shí)驗(yàn)裝置探究加速度與質(zhì)量之間的關(guān)系,保持拉力不變,改變小車的質(zhì)量,第三次打出的紙帶如圖,O為計數(shù)起始點(diǎn),選取,的計數(shù)點(diǎn)為1、2、3、4、5、6,相鄰兩點(diǎn)之間還有四個點(diǎn)沒標(biāo)出,紙帶上標(biāo)出了各計數(shù)點(diǎn)到O點(diǎn)的距離,打點(diǎn)計時器的工作頻率為50 Hz。 第三次實(shí)驗(yàn)測得小車的加速度是 m/s2。,(3)多次實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)記錄在上表中,為探 究加速度與質(zhì)量的關(guān)系,請根據(jù)實(shí)驗(yàn)測得的 數(shù)據(jù),建立合理的坐標(biāo)系,描出相應(yīng)的關(guān)系 圖像。 根據(jù)圖像可知:在物體所受外力一定時, 物體的加速度與質(zhì)量 。物體所 受合外力為 N。,(3)圖乙
11、所示為某次實(shí)驗(yàn)得到的紙帶,根據(jù)紙帶可求出小車的加速度大小為3.19m/s2; (4)保持小盤及盤中砝碼的質(zhì)量不變,改變小車質(zhì)量m,分別得到小車的加速度a與小車質(zhì)量m及對應(yīng)的的數(shù)據(jù)如下表:,請在如圖所示的坐標(biāo)紙中畫出a-的圖像,并由圖像求出小車的加 速度a與其質(zhì)量的倒數(shù)之間的關(guān)系式是 。,答案(1)需要(2)(遠(yuǎn)小于)(3)3.19(4)圖見解析a=,解析(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可知,只有平衡摩擦力后才可以將砂和桶的總重力看做小車的拉力,所以需要平衡摩擦力。 (2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可知,砂和桶的總質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車的總質(zhì)量M時,可將砂和桶的總重力看做小車受到的拉力。 (3)交流電的頻率為50 Hz,則題
12、圖乙中兩相鄰點(diǎn)間的時間間隔T=0.02 s。由x=at2,t=2T得,a= m/s2=3.19 m/s2,變式4在做“探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)時,采用如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置,讓重物通過輕繩繞過滑輪拉動小車在長木板上做勻加速直線運(yùn)動。其中小車質(zhì)量用M表示,重物質(zhì)量用m表示,加速度用a表示。,(1)圖2是實(shí)驗(yàn)中獲得的一條紙帶的一部分,1、2、3、4、5、6、7是計數(shù)點(diǎn),每相鄰兩計數(shù)點(diǎn)間還有4個點(diǎn)(圖中未畫出),計數(shù)點(diǎn)間的距離如圖所示。其中s1=7.05 cm、s2=7.68 cm、s3=8.33 cm、s4=8.95 cm、s5=9.61 cm、s6=10.26 cm,根據(jù)圖中數(shù)據(jù)將表格補(bǔ)充
13、完整。,由紙帶用公式法求出小車的加速度a= m/s2(保留2位有效數(shù)字)。,(2)在“探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系”時,保持砝碼和小桶質(zhì)量不變,改變小車質(zhì)量M,分別得到小車加速度a與質(zhì)量M的數(shù)據(jù)如表:,為直觀反映F不變時a與M的關(guān)系,請根據(jù)表格數(shù)據(jù),在方格坐標(biāo)紙中選擇恰當(dāng)物理量建立坐標(biāo)系,并作出圖線。 (3)上題中該小車受到的拉力F為 N。(保留2位有效數(shù)字),(3)據(jù)牛頓第二定律,對小車有:F=Ma,任找一組數(shù)據(jù)可求得F=0.50 N。,例3某實(shí)驗(yàn)小組用如圖所示的裝置探究質(zhì)量一定時物體加速度與其受到的合外力的關(guān)系。用鐵架臺將兩塊固定有定滑輪的木板架起,木板的右端固定了兩個打點(diǎn)計時器,將
14、兩個質(zhì)量相等的小車A、B放置在木板右端,用細(xì)線繞過滑輪組后與兩小車相連。兩條紙帶穿過打點(diǎn)計時器后分別與小車連接在一起。將兩個打點(diǎn)計時器接在同一個電源上,確?？蓪⑺鼈兺瑫r打開或關(guān)閉。實(shí)驗(yàn)時,甲同學(xué)將兩小車按住,乙同學(xué)先在動滑輪下方掛上一個鉤碼,再接通電源使打點(diǎn)計時器開始工作。打點(diǎn)穩(wěn)定后,甲將兩輛小車同時釋放,在小車撞到定滑輪前,乙斷開電源,兩打點(diǎn),計時器同時停止工作。取下兩條紙帶,通過分析處理紙帶記錄的信息,可以求出兩小車的加速度,進(jìn)而完成實(shí)驗(yàn)。 請回答以下問題:,(1)下圖為小車A后面的紙帶,紙帶上的0、1、2、3、4、5、6為每隔4個點(diǎn)選取的計數(shù)點(diǎn),相鄰兩計數(shù)點(diǎn)間的距離如圖中標(biāo)注,單位為cm
15、。打點(diǎn)計時器所用電源的頻率為50 Hz,則小車A的加速度a1= m/s2(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。同樣測出小車B的加速度a2,若a1a2近似等于 ,就可說明質(zhì)量一定的情況下,物體的加速度與其受到的合外力成正比。,,(2)丙同學(xué)提出,不需測出兩小車加速度的數(shù)值,只量出兩條紙帶上第一 個點(diǎn)到最后一個點(diǎn)間的距離x1、x2,也能完成實(shí)驗(yàn)探究。他的驗(yàn)證方法是 ,理由是 。 (3)(多選)下列操作中,對減少實(shí)驗(yàn)誤差有益的是 。
16、A.換用質(zhì)量大一些的鉤碼 B.換用質(zhì)量大一些的小車 C.調(diào)整定滑輪的高度,使?fàn)恳≤嚨募?xì)線與木板平行 D.平衡小車運(yùn)動時受到的摩擦力時,將細(xì)線與小車連接起來,,,,,答案(1)0.4812 (2)比較x1x2是否近似等于12小車從靜止開始運(yùn)動,兩條紙帶上最初和最末兩個點(diǎn)間的時間間隔相等,由x=at2可知,兩紙帶上初末兩點(diǎn)間 距離之比等于兩小車加速度之比。 (3)AC,解析(1)由紙帶可知,小車A的加速度a1=,式中T=0. 1 s,代入數(shù)據(jù)可知a1==0.48 m/s2;由裝置可知,B車受的拉力FTB等于A車所受拉力FTA的2倍,若a1a2==12,就可說明質(zhì)量一定的情況下,物體的加速度與其受
17、到的 合外力成正比。 (2)丙同學(xué)的驗(yàn)證方法是:比較x1x2是否近似等于12;小車從靜止開始運(yùn)動,兩條紙帶上最初和最末兩個點(diǎn)間的時間間隔相等,由x=at2可知,,兩紙帶上初末兩點(diǎn)間距離之比等于兩小車加速度之比。 (3)換用質(zhì)量大一些的鉤碼,可減小實(shí)驗(yàn)的相對阻力,使得測量更準(zhǔn)確,A正確;換用質(zhì)量大一些的小車,會增大阻力,加大誤差,B錯誤;調(diào)整定滑輪的高度,使?fàn)恳≤嚨募?xì)線與木板平行,可減小實(shí)驗(yàn)的誤差,C正確;平衡小車運(yùn)動時受到的摩擦力時,應(yīng)不連接細(xì)線,只讓小車拖著紙帶運(yùn)動,D錯誤。,變式5如圖甲為用拉力傳感器和速度傳感器探究“加速度與物體受力的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)裝置。用拉力傳感器記錄小車受到拉力的大小,
18、在長木板上相距L=48.0 cm的A、B兩點(diǎn)各安裝一個速度傳感器,分別記錄小車到達(dá)A、B時的速率。,乙 (1)下表中記錄了實(shí)驗(yàn)測得的幾組數(shù)據(jù),-是兩個速度傳感器所記錄,速率的平方差,則加速度的表達(dá)式為a=,請將表中第3次的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填寫完整(結(jié)果保留三位有效數(shù)字);,(2)由表中數(shù)據(jù),在圖乙坐標(biāo)紙上作出a-F關(guān)系圖線; (3)對比實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論計算得到的關(guān)系圖線(圖乙中已畫出理論圖線),造成偏差的原因是 。,答案(1)(2)見解析(3)沒有完全平衡摩擦力或拉力傳感器讀 數(shù)偏大,解析(1)根據(jù)勻變速直線運(yùn)動的位移與速度公式v2-=2ax,可以求出a =,代入數(shù)
19、據(jù)解得a2.44 m/s2。 (2)根據(jù)表中數(shù)據(jù),得出圖像如圖所示: (3)對比圖像可知,實(shí)際圖像沒有過原點(diǎn) 而是和橫坐標(biāo)有交點(diǎn),造成偏差的原因 為沒有完全平衡摩擦力或拉力傳感器 讀數(shù)偏大。,變式6如圖所示為阿特伍德機(jī)的示意圖,它是早期測量重力加速度的裝置,由英國數(shù)學(xué)家和物理學(xué)家阿特伍德于1784年制成。他將質(zhì)量相同的重物用細(xì)繩連接后(用M表示一個重物的質(zhì)量),跨過光滑的輕質(zhì)滑輪,且重物處于靜止?fàn)顟B(tài)。再在一個重物上附加一質(zhì)量為m的小重物,這時,由于小重物的重力而使系統(tǒng)做初速度為零的加速運(yùn)動并測出加速度,完成一次實(shí)驗(yàn)后,換用不同質(zhì)量的小重物,重復(fù)實(shí)驗(yàn),測出不同m時系統(tǒng)的加速度。,(1)(多選)若選定如圖甲左側(cè)物塊從靜止開始下落的過程進(jìn)行測量,則需要測量的物理量有。 A.小重物的質(zhì)量m,
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