高中物理第四章第二节实验探究加速度与力、质量的关系同步创新课件新人教版必修

学习目标：1.会通过“控制变量法”探究加速度与力、质量的关系2会用图象表示加速度与质量之间的关系3会用图象表示加速度与力之间的关系重点难点：1.如何利用“控制变量法”进行实验2怎样测量加速度和怎样提供并测量物体所受的力易错问题：在探究加速度与质量的关系时，有的同学作am图象为一曲线，并由此图象得出加速度与质量成反比 【实验目的】的关系基础知识梳理 【实验原理】1如图421所示，保持小车总质量不变，改变小桶内砂的质量，从而改变细线对小车的拉力，测出小车的对应加速度，研究小车加速度与力的关系2保持小桶和砂的总质量不变，在小车上增减砝码，改变小车的总质量，测出小车对应的加速度，研究小车加速度与其质量的关系 图 4 2 1 【实验器材】一端有定滑轮的长木板，小车，砝码，细线，小桶(砂子)，打点计时器，低压交流电源，纸带，刻度尺，导线，天平 【实验步骤】1用天平测出小车的质量m 0和小桶的质量M0，把数据记录下来2按图421安装器材，只是不要把挂小桶用的细线系在小车上，即不给小车施加牵引力3平衡摩擦力，把木板无滑轮的一端下面垫一薄木板，反复移动其位置，直到打点计时器正常工作后不挂重物的小车在斜面上做匀速直线运动为止(纸带上相邻点间距相等) 4将重物通过细绳系在小车上，接通电源放开小车，用纸带记录小车的运动情况；取下纸带并在纸带上标上号码及此时所挂重物的重力m 0g. 5保持小车的质量不变，改变所挂重物的重力，重复步骤4，多做几次实验，每次小车从同一位置释放，并记录好相应纸带及重物的重力m 1g、m 2g、6保持小车所受合外力不变，在小车上加放砝码，并测出小车与所放砝码的总质量M1，接通电源，放开小车用纸带记录小车的运动情况，取下纸带并在纸带上标上号码7继续在小车上加放砝码，重复步骤6，多做几次实验，在每次得到的纸带上标上号码 一、控制变量法探究加速度与力、质量的关系加速度a和质量m、受力F都有关系研究它们之间的关系时，先保持质量不变，测量物体在不同力的作用下的加速度，分析加速度与力的关系；再保持物体所受的力相同，测量不同质量的物体在该力作用下的加速度，分析加速度与质量的关系这种先控制一个参量不变，研究其余参量之间变化关系，再控制另一个参量不变，研究其余参量之间变化关系的方法叫控制变量法核心要点突破 二、平衡摩擦力的目的和方法1目的：实验中小车要受到摩擦阻力的作用，增加了实验的难度垫高木板不带滑轮的一端，使小车自身重力沿斜面的分力平衡摩擦力，这样小车所受拉力即为合力，提高了实验成功率2方法：不挂砂桶，使小车拖着纸带，纸带通过打点计时器，并且使打点计时器处于工作状态，逐渐调节木板的倾角，使打下的纸带点间距相等，则说明小车做匀速直线运动，即平衡了摩擦力 三、数据处理1物体的质量一定，加速度与受力的关系实验序号 加速度a/ms2 小车受力F/N123由表中数据，作出aF图象，并得出结论 2物体的受力一定，加速度与质量的关系实验序号 加速度a/ms2 小车质量m /kg123 四、注意事项1平衡摩擦力时不要挂小桶，整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变小桶和砂子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2实验中必须满足小车和砝码的质量远大于小桶和砂子的总质量只有如此，小桶和砂子的总重力才可视为与小车受到的拉力相等3各纸带上的加速度a都应是该纸带上的平均加速度4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地分布在所作直线两侧离直线较远的点是错误数据，可舍去不予考虑5小车应靠近打点计时器，且先接通电源再放小车 五、误差分析1质量的测量误差、纸带上打点计时器打点间隔距离的测量误差，拉线或纸带不与木板平行等都会造成误差2因实验原理不完善造成误差：本实验中用小桶和砂子的总重力代替小车受到的拉力(实际上小车受到的拉力要小于小桶和砂子的总重力)，存在系统误差小桶和砂子的总质量越接近小车的质量，误差就越大；反之，小桶和砂子的总质量越小于小车的质量，误差就越小 3平衡摩擦力不准造成误差：在平衡摩擦力时，除了不挂小桶外，其他的都跟正式实验一样(比如要挂好纸带、接通打点计时器)，匀速运动的标志是打点计时器打出的纸带上点的距离相等 用如图422所示的装置研究在作用力F一定时，小车的加速度a与小车质量M的关系，某位同学设计的实验步骤如下：课堂互动讲练对实验器材和操作的考查图 4 2 2 A用天平称出小车和小桶及内部所装砂子的质量；B按图装好实验器材；C把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂砂桶；D将电磁打点计时器接在6 V电压的蓄电池上，接通电源，放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，并在纸带上标明小车质量；E保持小桶及其中砂子的质量不变，增加小车上的砝码个数，并记录每次增加后的M值，重复上述实验；F分析每条纸带，测量并计算出加速度的值；G作aM关系图象，并由图象确定aM关系 (1)该同学漏掉的重要实验步骤是_，该步骤应排在_步实验之后 (2)在上述步骤中，有错误的是_，应把_改为_(3)在上述步骤中，处理不恰当的是_，应把_改为_ 【答案】(1)平衡摩擦力B(2)D6 V电压的蓄电池6 V以下交流电压的学生电源 (2009年高考江苏卷)“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”的实验装置如图423甲所示实验数据处理和误差分析图 4 2 3 (1)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423乙所示计时器打点的时间间隔为0.02 s从比较清晰的点起，每5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a_m/s2.(结果保留两位有效数字)(2)平衡摩擦力后，将5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，测量小车的加速度小车的加速度a与砝码盘中砝码总重力F的实验数据如下表： 砝码盘中砝码总重力F(N) 0.196 0.392 0.588 0.784 0.980加速度a (ms2) 0.69 1.18 1.66 2.18 2.70 请根据实验数据作出aF的关系图象图 4 2 4 (3)根据提供的实验数据作出的aF图线不通过原点，请说明主要原因(2)见答案(3)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，导致合力F的测量值小于真实值，aF的图线不过原点 【答案】(1)0.16(0.15也算对)(2)如图425所示(3)未计入砝码盘的重力图 4 2 5