2018-2019學(xué)年高中物理 第四章 牛頓運(yùn)動(dòng)定律 4.2 實(shí)驗(yàn)探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系課件2 新人教版必修1.ppt

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1、2 實(shí)驗(yàn):探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系,【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?1.學(xué)會(huì)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(guān)系。 3.掌握利用圖象處理數(shù)據(jù)的方法。,【實(shí)驗(yàn)原理】 1.實(shí)驗(yàn)的基本思想——控制變量法 (1)保持研究對(duì)象即小車的質(zhì)量不變,改變小桶內(nèi)砂的質(zhì)量,即改變作用力,測(cè)出小車的對(duì)應(yīng)加速度,驗(yàn)證加速度是否正比于作用力。 (2)保持小桶中砂的質(zhì)量不變,即保持作用力不變,改變研究對(duì)象的質(zhì)量,測(cè)出對(duì)應(yīng)不同質(zhì)量的加速度,驗(yàn)證加速度是否反比于質(zhì)量。,2.三個(gè)物理量的測(cè)量 (1)小車質(zhì)量的測(cè)量 利用天平測(cè)出,在小車上增減砝碼可改變小車的質(zhì)量。 (2)拉力的測(cè)量 當(dāng)小桶和砂的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量時(shí),可以

2、認(rèn)為小桶和砂的重力近似等于對(duì)小車的拉力,即F≈mg。,(3)加速度的測(cè)量:逐差法。放在長(zhǎng)木板上的小車在拉力的作用下做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。,【實(shí)驗(yàn)器材】 小車、砝碼、小桶、砂、細(xì)線、一端附有定滑輪的長(zhǎng)木板、墊木、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、交流電源、紙帶、刻度尺、天平。,【實(shí)驗(yàn)過程】 一、實(shí)驗(yàn)步驟 1.用天平測(cè)量小盤的質(zhì)量m0和小車的質(zhì)量M0,并把數(shù)值記錄下來。,2.按圖實(shí)驗(yàn)器材安裝好(小車上不系繩)。,3.平衡摩擦力。把木板無滑輪的一端下面墊一薄木板,反復(fù)移動(dòng)其位置,使小車在不掛小盤和砝碼的情況下,能沿木板做勻速直線運(yùn)動(dòng)(直到打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶上相鄰點(diǎn)的間距相等)。 4.把小車停放在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處,掛上小盤和砝碼

3、,先接通電源后放開小車,用紙帶記錄小車的運(yùn)動(dòng)情況;取下紙帶并在紙帶上標(biāo)上號(hào)碼及此時(shí)所掛小盤和砝碼的總重力m1g。,5.保持小車的質(zhì)量不變,改變小盤中砝碼的質(zhì)量,重復(fù)步驟4,多做幾次實(shí)驗(yàn),并記錄好相應(yīng)紙帶的編號(hào)及所掛小盤和砝碼的總重力m2g、m3g… 6.保持小車所受的合外力不變,在小車上加砝碼,接通電源后放開小車,用紙帶記錄小車的運(yùn)動(dòng)情況;取下紙帶,并在紙帶上標(biāo)上號(hào)碼及小車和砝碼的總質(zhì)量M1。,7.繼續(xù)在小車上增加砝碼,重復(fù)步驟6,多做幾次實(shí)驗(yàn),在每次實(shí)驗(yàn)得到的紙帶上標(biāo)上號(hào)碼及小車和砝碼的總質(zhì)量M2、M3… 8.用公式Δx=aT2或a= 求得小車的加速度a,將得到的數(shù)據(jù)填入相應(yīng)表格中,以便進(jìn)行

4、數(shù)據(jù)驗(yàn)證。,二、數(shù)據(jù)處理 1.把小車在不同力作用下產(chǎn)生的加速度填在表中:,以a為縱坐標(biāo)、F為橫坐標(biāo),根據(jù)數(shù)據(jù)作a-F 圖象,用曲線擬合測(cè)量點(diǎn),找出規(guī)律,分析a與F的關(guān)系。,2.把不同質(zhì)量的小車(小車和砝碼)在相同力的作用下產(chǎn)生的加速度填在表中:,分別以a為縱坐標(biāo)、M和 為橫坐標(biāo),根據(jù)數(shù)據(jù)作a-M 圖象和a- 圖象,分析a與M的關(guān)系。,3.實(shí)驗(yàn)結(jié)論: (1)保持物體質(zhì)量不變時(shí),物體的加速度a與所受力F成正比。 (2)在力F不變時(shí),物體的加速度a與質(zhì)量M成反比。,【誤差分析】 1.實(shí)驗(yàn)原理不完善造成系統(tǒng)誤差: 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

5、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。,2.測(cè)量、操作不夠準(zhǔn)確造成偶然誤差: (1)質(zhì)量的測(cè)量誤差。,(2)紙帶上打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)間隔距離的測(cè)量誤差。,(3)拉線或紙帶不與木板平行會(huì)造成誤差。 (4)平衡摩擦力不夠(或過度)造成的誤差,該誤差使作出的圖線在橫軸(或縱軸)上產(chǎn)生截距。,【注意事項(xiàng)】 1.實(shí)驗(yàn)中小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器且應(yīng)先接通電源后釋放小車。 2.在平衡摩擦力時(shí),不要懸掛小桶,但小車應(yīng)連著紙帶且接通電源。用手輕輕地給小車一個(gè)初速度,如果在紙帶上打出的點(diǎn)的間隔均勻,表明小車受到的阻力跟它受到的重力沿斜面向下

6、的分力平衡。,3.改變砂的質(zhì)量過程中,要始終保證小桶(包括砂)的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量。作圖象時(shí),要使盡可能多的點(diǎn)在所作直線上,不在直線上的點(diǎn)應(yīng)盡可能對(duì)稱分布在所作直線兩側(cè)。若遇到個(gè)別偏離較遠(yuǎn)的點(diǎn)可舍去。,類型一 實(shí)驗(yàn)操作 【典例1】用如圖所示的裝置研究在作用力F一定時(shí),小車的加速度a與小車質(zhì)量M的關(guān)系,某位同學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)步驟如下: 導(dǎo)學(xué)號(hào)28974096,A.用天平稱出小車和小桶及內(nèi)部所裝砂子的質(zhì)量 B.按圖示安裝好實(shí)驗(yàn)器材 C.把輕繩系在小車上并繞過定滑輪懸掛砂桶 D.將電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在6 V電壓的蓄電池上,接通電源,放開小車,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列點(diǎn),并在紙帶上標(biāo)明小車的質(zhì)量,E.

7、保持小桶及內(nèi)部砂子的質(zhì)量不變,增加小車上的砝碼個(gè)數(shù),并記錄每次增加后的M值,重復(fù)上述實(shí)驗(yàn) F.分析每條紙帶,測(cè)量并計(jì)算出加速度的值 G.作a-M關(guān)系圖象,并由圖象確定a與M的關(guān)系,(1)該同學(xué)漏掉的重要實(shí)驗(yàn)步驟是_________,該步驟應(yīng)排在_______步實(shí)驗(yàn)之后。 (2)在上述步驟中,有錯(cuò)誤的是_____________,應(yīng)把______________改為 ______。 (3)在上述步驟中,處理不恰當(dāng)?shù)氖莀______,應(yīng)把_______改為_______。,【正確解答】實(shí)驗(yàn)中把小桶及其中砂子的重力看作與 小車所受拉力大小相等,沒有考慮摩擦力,故在懸掛砂 桶前必須平衡摩擦力。電磁打點(diǎn)

8、計(jì)時(shí)器接在6 V電壓的 蓄電池上時(shí)不能打點(diǎn),必須接在6 V以下交流電壓的學(xué) 生電源上。作a-M關(guān)系圖象,得到的是雙曲線的一支,很 難做出正確的判斷,必須“化曲為直”,改作a- 關(guān)系 圖象。,答案:(1)平衡摩擦力 B (2)D 6 V電壓的蓄電池 6 V以下交流電壓的學(xué)生電源 (3)G a-M a-,類型二 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理 【典例2】某組同學(xué)設(shè)計(jì)了“探究加速度a與物體所受合力F及質(zhì)量m的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)。如圖所示為實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖,A為小車,B為電火花計(jì)時(shí)器,C為裝有細(xì)砂的小桶,D為一端帶有定滑輪的長(zhǎng)方形木板,實(shí)驗(yàn)中認(rèn)為細(xì)繩對(duì)小車的拉力F等于細(xì)砂和小桶的總重量,小車運(yùn)動(dòng)的加速度a可用紙帶上打出的點(diǎn)求得。

9、導(dǎo)學(xué)號(hào)28974097,(1)如圖所示為某次實(shí)驗(yàn)得到的紙帶,已知實(shí)驗(yàn)所用電源的頻率為50 Hz。根據(jù)紙帶可求出電火花計(jì)時(shí)器打B點(diǎn)時(shí)的速度大小為_______m/s,小車的加速度大小為_______m/s2。(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字),(2)在“探究加速度a與質(zhì)量m的關(guān)系”時(shí),某同學(xué)按照自己的方案將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中進(jìn)行了標(biāo)注,但尚未完成圖象(如圖所示)。請(qǐng)繼續(xù)幫助該同學(xué)作出坐標(biāo)系中的圖象。,【正確解答】(1)AC這段位移的平均速度等于AC這段 時(shí)間中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度,即B點(diǎn)的瞬時(shí)速度, 故vB= m/s≈1.6 m/s。 由逐差法求解小車的加速度a= m/s2≈3.2 m/s2,(2)將坐標(biāo)系中各點(diǎn)連成一條直線,連接時(shí)應(yīng)使直線過盡可能多的點(diǎn),不在直線上的點(diǎn)應(yīng)大致對(duì)稱地分布在直線的兩側(cè),離直線較遠(yuǎn)的點(diǎn)應(yīng)視為錯(cuò)誤數(shù)據(jù),不予考慮,連線如圖所示。,答案:(1)1.6 3.2 (2)見正確解答圖,