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1、理解教材新知理解教材新知把握熱點考向把握熱點考向應用創(chuàng)新演練應用創(chuàng)新演練 第第2 2節(jié)節(jié) 實驗：實驗：探究加探究加速度與速度與力、質(zhì)力、質(zhì)量的關量的關系系考向一考向一考向二考向二第第四四章章牛牛頓頓運運動動定定律律 一、實驗目的一、實驗目的 (1)學會用控制變量法探究物理規(guī)律。學會用控制變量法探究物理規(guī)律。 (2)探究加速度與力、質(zhì)量的關系。探究加速度與力、質(zhì)量的關系。 二、實驗原理二、實驗原理 控制變量法控制變量法 在探究加速度與力、質(zhì)量三者關系時，先讓其中一個量在探究加速度與力、質(zhì)量三者關系時，先讓其中一個量保持不變來探究其他兩個量之間的關系。保持不變來探究其他兩個量之間的關系。 1探究加
2、速度與力的關系的基本思路探究加速度與力的關系的基本思路 保持物體的質(zhì)量不變，測量物體在不同力的作用下保持物體的質(zhì)量不變，測量物體在不同力的作用下的加速度，分析加速度與力的關系。的加速度，分析加速度與力的關系。 2探究加速度與質(zhì)量的關系的基本思路探究加速度與質(zhì)量的關系的基本思路 保持物體所受的力不變，測量不同質(zhì)量的物體在該保持物體所受的力不變，測量不同質(zhì)量的物體在該力作用下的加速度，分析加速度與質(zhì)量的關系。力作用下的加速度，分析加速度與質(zhì)量的關系。 3實驗方案實驗方案 這個實驗中需要測量的物理量有三個：物體的加速度、這個實驗中需要測量的物理量有三個：物體的加速度、物體所受的力、物體的質(zhì)量。質(zhì)量用
3、天平測量，因此本實驗物體所受的力、物體的質(zhì)量。質(zhì)量用天平測量，因此本實驗要解決的主要問題是怎樣測量加速度和物體所受的力。要解決的主要問題是怎樣測量加速度和物體所受的力。 (1)怎樣測量怎樣測量(或比較或比較)物體的加速度：物體的加速度： 在運動物體上安裝一條穿過打點計時器的紙帶，根據(jù)紙在運動物體上安裝一條穿過打點計時器的紙帶，根據(jù)紙帶上打出的點來測量加速度。在這個實驗中也可以測加速度帶上打出的點來測量加速度。在這個實驗中也可以測加速度與其他量之間的比例關系。測量不同情況下與其他量之間的比例關系。測量不同情況下(即不同受力、即不同受力、不同質(zhì)量時不同質(zhì)量時)物體加速度的比值就可以了。物體加速度的
4、比值就可以了。(2)怎樣提供和測量物體所受的恒力怎樣提供和測量物體所受的恒力設計的實驗裝置如圖設計的實驗裝置如圖421所示。所示。圖圖421 對此實驗中力的理解：除了在真空中拋出或落下的對此實驗中力的理解：除了在真空中拋出或落下的物體物體(僅受重力僅受重力)外，僅受一個力的物體幾乎是不存在的。然外，僅受一個力的物體幾乎是不存在的。然而，一個單獨的力的作用效果與跟它大小、方向都相同的合而，一個單獨的力的作用效果與跟它大小、方向都相同的合力的作用效果是相同的，因此，實驗中的力力的作用效果是相同的，因此，實驗中的力F的含義可以是的含義可以是物體所受的合力。物體所受的合力。 平衡摩擦力：如圖平衡摩擦力
5、：如圖421所示，紙帶穿過打點計時所示，紙帶穿過打點計時器。為了消除摩擦力對小車的影響，可將木板無滑輪的一端器。為了消除摩擦力對小車的影響，可將木板無滑輪的一端稍微墊高一些，用小車的重力的分力來抵消它所受到的摩擦稍微墊高一些，用小車的重力的分力來抵消它所受到的摩擦力，直到小車不掛重物時能在木板上勻速運動為止。力，直到小車不掛重物時能在木板上勻速運動為止。 三、實驗器材三、實驗器材 打點計時器、紙帶、復寫紙片、小車、一端附有定打點計時器、紙帶、復寫紙片、小車、一端附有定滑輪的長木板、小盤、砝碼、夾子、細繩、低壓交流電滑輪的長木板、小盤、砝碼、夾子、細繩、低壓交流電源、導線、天平源、導線、天平(帶
6、有一套砝碼帶有一套砝碼)、刻度尺。、刻度尺。 四、實驗步驟四、實驗步驟 (1)用天平測出小車和重物的質(zhì)量分別為用天平測出小車和重物的質(zhì)量分別為M0、m0，并，并把數(shù)值記錄下來。把數(shù)值記錄下來。 (2)按圖按圖422將實驗器材安裝好將實驗器材安裝好(小車上不系繩小車上不系繩)。 圖圖422 (3)平衡摩擦力，把木板無滑輪的一端下面墊一薄木板，反平衡摩擦力，把木板無滑輪的一端下面墊一薄木板，反復移動其位置，直到打點計時器正常工作后不掛重物的小車在復移動其位置，直到打點計時器正常工作后不掛重物的小車在斜面上做勻速直線運動為止斜面上做勻速直線運動為止(紙帶上相鄰點間距相等紙帶上相鄰點間距相等)。 (4
7、)將重物通過細繩系在小車上，接通電源放開小車，用紙將重物通過細繩系在小車上，接通電源放開小車，用紙帶記錄小車的運動情況；取下紙帶并在紙帶上標上號碼及此時帶記錄小車的運動情況；取下紙帶并在紙帶上標上號碼及此時所掛重物的重力所掛重物的重力m0g。 (5)保持小車的質(zhì)量不變，改變所掛重物的重力，重復步驟保持小車的質(zhì)量不變，改變所掛重物的重力，重復步驟4，多做幾次實驗，每次小車從同一位置釋放，并記錄好重物的，多做幾次實驗，每次小車從同一位置釋放，并記錄好重物的重力重力m1g、m2g，以及計算出相應紙帶的加速度填入表格，以及計算出相應紙帶的加速度填入表格1。表格表格1物體的質(zhì)量一定，加速度與受力的關系物
8、體的質(zhì)量一定，加速度與受力的關系實驗次數(shù)實驗次數(shù)加速度加速度a/(ms2)小車受力小車受力F/N12345 (6)保持托盤中所放重物的質(zhì)量不變，在小車上加放砝保持托盤中所放重物的質(zhì)量不變，在小車上加放砝碼，并測出小車與所放砝碼的總質(zhì)量碼，并測出小車與所放砝碼的總質(zhì)量M，接通電源，放開，接通電源，放開小車，用紙帶記錄小車的運動情況，取下紙帶并在紙帶上小車，用紙帶記錄小車的運動情況，取下紙帶并在紙帶上標上號碼。標上號碼。 (7)繼續(xù)在小車上加放砝碼，重復步驟繼續(xù)在小車上加放砝碼，重復步驟6，多做幾次實，多做幾次實驗，在每次得到的紙帶上標上號碼。驗，在每次得到的紙帶上標上號碼。 (8)計算出每次實驗
9、所得紙帶的加速度值及小車與砝碼計算出每次實驗所得紙帶的加速度值及小車與砝碼的總質(zhì)量填入表格的總質(zhì)量填入表格2。表格表格2物體受到的外力一定，加速度與質(zhì)量的關系物體受到的外力一定，加速度與質(zhì)量的關系 五、數(shù)據(jù)處理五、數(shù)據(jù)處理 1分析加速度和力的關系分析加速度和力的關系依據(jù)表格依據(jù)表格1，以加速度，以加速度a為縱坐標，為縱坐標，以外力以外力F為橫坐標，作出為橫坐標，作出aF關系關系圖像，如圖圖像，如圖423所示，由此得出結(jié)論。所示，由此得出結(jié)論。 圖圖423圖圖424 3實驗結(jié)論實驗結(jié)論 物體的加速度與作用在物體上的合外力成正比，與物體物體的加速度與作用在物體上的合外力成正比，與物體的質(zhì)量成反比。
10、的質(zhì)量成反比。 六、注意事項六、注意事項 (1)平衡摩擦力時不要掛重物，而且平衡了摩擦力后，不平衡摩擦力時不要掛重物，而且平衡了摩擦力后，不管以后是改變盤和砝碼的質(zhì)量還是改變小車及砝碼的質(zhì)量，管以后是改變盤和砝碼的質(zhì)量還是改變小車及砝碼的質(zhì)量，都不需要重新平衡摩擦力。都不需要重新平衡摩擦力。 (2)實驗中必須滿足小車和砝碼的總質(zhì)量遠大于小盤和砝實驗中必須滿足小車和砝碼的總質(zhì)量遠大于小盤和砝碼的總質(zhì)量。碼的總質(zhì)量。 (3)各紙帶上的加速度各紙帶上的加速度a，都應是該紙帶上的平均加速度。，都應是該紙帶上的平均加速度。 (4)作圖像時，要使盡可能多的點在所作直線上，不在直作圖像時，要使盡可能多的點在
11、所作直線上，不在直線上的點應盡可能對稱分布在所作直線兩側(cè)。離直線較遠的線上的點應盡可能對稱分布在所作直線兩側(cè)。離直線較遠的點是錯誤數(shù)據(jù)，可舍去不予考慮。點是錯誤數(shù)據(jù)，可舍去不予考慮。 (5)小車應靠近打點計時器且先接通電源再放手。小車應靠近打點計時器且先接通電源再放手。 八、它案設計八、它案設計 利用下列器材：帶有定滑輪的木板、鐵架臺、小車、利用下列器材：帶有定滑輪的木板、鐵架臺、小車、滑輪、鉤碼、大號鐵夾、米尺、細繩、粘泥等設計實驗，滑輪、鉤碼、大號鐵夾、米尺、細繩、粘泥等設計實驗，探究加速度探究加速度a和它所受的力和它所受的力F之間的關系。之間的關系。 (1)用用5個鐵架臺將兩塊木板架起，
12、如圖個鐵架臺將兩塊木板架起，如圖425所示。所示。由鉤碼和兩個動滑輪組成動力系統(tǒng)，如果不考慮滑輪本由鉤碼和兩個動滑輪組成動力系統(tǒng)，如果不考慮滑輪本身的質(zhì)量，拉小車身的質(zhì)量，拉小車B的力是拉小車的力是拉小車A的力的的力的2倍，即倍，即F1 F21 2。每輛小車后面拖一根細繩，繞過木板后豎直下。每輛小車后面拖一根細繩，繞過木板后豎直下垂被一固定在桌面上的大號鐵夾夾住。垂被一固定在桌面上的大號鐵夾夾住。圖圖425 (2)用粘泥將兩輛小車的質(zhì)量調(diào)整得完全一樣，用用粘泥將兩輛小車的質(zhì)量調(diào)整得完全一樣，用小車后面的細繩將小車拉到木板右端后用鐵夾夾緊細繩，小車后面的細繩將小車拉到木板右端后用鐵夾夾緊細繩，使
13、小車靜止。使小車靜止。 (3)在小車的起始位置做上記號，然后松開鐵夾，在小車的起始位置做上記號，然后松開鐵夾，兩小車便由靜止開始做勻加速運動。經(jīng)過適當?shù)臅r間，兩小車便由靜止開始做勻加速運動。經(jīng)過適當?shù)臅r間，再夾住鐵夾，使小車停止運動。再夾住鐵夾，使小車停止運動。 例例1在在“探究加速度與力、質(zhì)量的探究加速度與力、質(zhì)量的關系關系”的實驗中，采用如圖的實驗中，采用如圖426所示的所示的實驗裝置，小車及車中砝碼的質(zhì)量用實驗裝置，小車及車中砝碼的質(zhì)量用M表表示，盤及盤中砝碼的質(zhì)量用示，盤及盤中砝碼的質(zhì)量用m表示，小車表示，小車的加速度可由小車后拖動的紙帶打上的點計算出。的加速度可由小車后拖動的紙帶打上
14、的點計算出。圖圖426 (1)當當M與與m的大小關系滿足的大小關系滿足_時，才可以認為繩時，才可以認為繩對小車的拉力大小等于盤及盤中砝碼的重力。對小車的拉力大小等于盤及盤中砝碼的重力。 (2)一組同學在做探究加速度與質(zhì)量的關系實驗時，保持一組同學在做探究加速度與質(zhì)量的關系實驗時，保持盤及盤中砝碼的質(zhì)量一定，改變小車及車中砝碼的質(zhì)量，測盤及盤中砝碼的質(zhì)量一定，改變小車及車中砝碼的質(zhì)量，測出相應的加速度，采用圖像法處理數(shù)據(jù)。為了比較容易地檢出相應的加速度，采用圖像法處理數(shù)據(jù)。為了比較容易地檢查出加速度查出加速度a與質(zhì)量與質(zhì)量M的關系，應該做的關系，應該做a與與_圖像。圖像。 (3)如圖如圖427(
15、a)所示為甲同學根據(jù)測量數(shù)據(jù)做出的所示為甲同學根據(jù)測量數(shù)據(jù)做出的aF圖線，此圖線說明實驗存在的問題是圖線，此圖線說明實驗存在的問題是_。圖圖427 (4)乙、丙兩同學用同一裝置做實驗，畫出了各自乙、丙兩同學用同一裝置做實驗，畫出了各自得到的得到的aF圖線如圖圖線如圖(b)所示，兩個同學做實驗時的哪所示，兩個同學做實驗時的哪一個物理量取值不同。一個物理量取值不同。 例例2在做在做“探究加速度和力、質(zhì)量的關系探究加速度和力、質(zhì)量的關系”的實驗的實驗中，保持小車和砝碼的總質(zhì)量不變，測得小車的加速度中，保持小車和砝碼的總質(zhì)量不變，測得小車的加速度a和拉力和拉力F的數(shù)據(jù)如下表所示：的數(shù)據(jù)如下表所示：F/
16、N0.200.300.400.500.60a/(ms2)0.110.190.290.400.51 (1)根據(jù)表中的數(shù)據(jù)在圖根據(jù)表中的數(shù)據(jù)在圖428的坐標系上作出的坐標系上作出aF圖像；圖像； 圖圖428(2)圖像斜率的物理意義是圖像斜率的物理意義是_。(3)小車和砝碼的總質(zhì)量為小車和砝碼的總質(zhì)量為_kg。(4)圖線圖線(或延長線或延長線)與與F軸截距的物理意義是軸截距的物理意義是_。 解析解析(1)根據(jù)所給數(shù)據(jù)在所給坐標系中準確描根據(jù)所給數(shù)據(jù)在所給坐標系中準確描點，作出的點，作出的aF圖像如圖所示。圖像如圖所示。 答案答案(1)見解析見解析(2)小車和砝碼總質(zhì)量的倒數(shù)小車和砝碼總質(zhì)量的倒數(shù)(3)1(4)小車受到的阻力為小車受到的阻力為0.1 N
高中物理 第1部分 第4章 第2節(jié) 實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關系課件 新人教版必修1
