高中物理 第1部分 第三章 第2节《探究加速度与力、质量的关系》课件 教科版必修1

第第三三章章第第2 2节节理解理解教材新知教材新知把握把握热点考向热点考向考向一考向一考向二考向二 应用应用创新演练创新演练随堂基础巩固随堂基础巩固 一、实验目的一、实验目的 (1)学会用控制变量法探究物理规律。学会用控制变量法探究物理规律。 (2)探究加速度与力、质量的关系。探究加速度与力、质量的关系。 二、实验原理二、实验原理 1影响物体加速度的因素影响物体加速度的因素 物体质量相同时，受到的合外力越大，加速度越大；物体质量相同时，受到的合外力越大，加速度越大；受到的合外力越小，加速度越小。受到的合外力越小，加速度越小。 物体所受合外力一定时，质量大的物体加速度小，物体所受合外力一定时，质量大的物体加速度小，质量小的物体加速度大。质量小的物体加速度大。 2F与与a的求法的求法 F的求法：小车质量越大，则小车所受拉力越接近的求法：小车质量越大，则小车所受拉力越接近砝码的重力。砝码的重力。 a的求法：在小车上连接纸带，利用打点计时器在的求法：在小车上连接纸带，利用打点计时器在纸带上打点记录小车的运动情况，通过测量纸带上的点纸带上打点记录小车的运动情况，通过测量纸带上的点迹求出加速度的大小。迹求出加速度的大小。 3探究法探究法控制变量法控制变量法 加速度加速度a和质量和质量m、外力、外力F都有关系。研究它们之间的都有关系。研究它们之间的关系时，先保持质量不变，测量物体在不同的力的作用下关系时，先保持质量不变，测量物体在不同的力的作用下的加速度，分析加速度与力的关系；再保持物体所受外力的加速度，分析加速度与力的关系；再保持物体所受外力不变，测量不同质量的物体在该力作用下的加速度，分析不变，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。这种先控制某些参量不变，研究另加速度与质量的关系。这种先控制某些参量不变，研究另两个参量之间变化关系的方法叫控制变量法。两个参量之间变化关系的方法叫控制变量法。 三、实验器材三、实验器材 砝码，一端有定滑轮的长木板，细绳，纸带，导砝码，一端有定滑轮的长木板，细绳，纸带，导线，夹子，小盘，天平，小车，打点计时器，交流电线，夹子，小盘，天平，小车，打点计时器，交流电源，刻度尺。源，刻度尺。 四、实验步骤四、实验步骤 (1)用天平测出小车和小盘用天平测出小车和小盘(包括其中砝码包括其中砝码)的质量分别为的质量分别为M0、m0，并把数值记录下来。，并把数值记录下来。 (2)按图按图321所示将实验器材安装好所示将实验器材安装好(小车上不系绳小车上不系绳)。 图图321 (3)把长木板无滑轮的一端下面垫一薄木板，以平把长木板无滑轮的一端下面垫一薄木板，以平衡摩擦力。衡摩擦力。 (4)将小盘通过细绳系在小车上，接通电源放开小将小盘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小盘的重力标上号码及此时所挂小盘的重力m0g。 (5)保持小车的质量不变，改变小盘保持小车的质量不变，改变小盘(包括其中砝码包括其中砝码)的质量重复步骤的质量重复步骤(4)多做几次实验。每次小车从同一位多做几次实验。每次小车从同一位置释放，并记录好相应纸带。置释放，并记录好相应纸带。 (6)保持小车所受合力不变，在小车上加砝码，并保持小车所受合力不变，在小车上加砝码，并测出小车和放上砝码后的总质量测出小车和放上砝码后的总质量M1，接通电源放开小，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。标上号码。 (7)继续在小车上加放砝码，重复步骤继续在小车上加放砝码，重复步骤(6)，多做几，多做几次实验，并记录好相应纸带。次实验，并记录好相应纸带。五、数据处理五、数据处理(1)把小车在不同力作用下产生的加速度填在下表中：把小车在不同力作用下产生的加速度填在下表中：实验次数实验次数加速度加速度a/(ms2)小车受力小车受力F/N1234图图322 由以上数据画出它的由以上数据画出它的aF关系图像关系图像如图如图322所示。所示。 通过通过aF关系图像，我们可以得关系图像，我们可以得出小车的加速度出小车的加速度a与力与力F成正比。成正比。 (2)把不同质量的小车在相同力作用下产生的加速度把不同质量的小车在相同力作用下产生的加速度填在下表中：填在下表中： 实验次数实验次数加速度加速度a/(ms2)小车质量小车质量M/kg1234图图323 六、注意事项六、注意事项 (1)平衡摩擦力时不要挂重物，整个实验平衡了摩擦平衡摩擦力时不要挂重物，整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变盘和砝码的质量还是改变小车及力后，不管以后是改变盘和砝码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。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盘和实验中必须满足小车和砝码的质量远大于小盘和砝码的总质量。只有如此，砝码和小盘的总重力才可视砝码的总质量。只有如此，砝码和小盘的总重力才可视为与小车受到的拉力相等。为与小车受到的拉力相等。 (3)各纸带上的加速度都应是该纸带上的平均加速度。各纸带上的加速度都应是该纸带上的平均加速度。 (4)作图像时，要使尽可能多的点在所作直线上，不在作图像时，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地对称分布在所作直线两侧。离直线直线上的点应尽可能地对称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。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，且先接通电源再放手。小车应靠近打点计时器，且先接通电源再放手。 七、误差分析七、误差分析 (1)质量的测量、纸带上打点计时器打点间隔距离的质量的测量、纸带上打点计时器打点间隔距离的测量、细绳或纸带不与木板平行等都会造成误差。测量、细绳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。本实验中用小盘及因实验原理不完善造成误差。本实验中用小盘及砝码的总重力代替小车受到的拉力砝码的总重力代替小车受到的拉力(实际上小车受到的拉实际上小车受到的拉力要小于小盘及砝码的总重力力要小于小盘及砝码的总重力)，存在系统误差。小盘及，存在系统误差。小盘及砝码的总质量越接近小车的质量，误差就越大；反之，小砝码的总质量越接近小车的质量，误差就越大；反之，小盘及砝码的总质量越小于小车的质量，误差就越小。盘及砝码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。平衡摩擦力不准造成误差。对实验原理和步骤的理解对实验原理和步骤的理解 例例1用如图用如图324所示的装置研究所示的装置研究在作用力在作用力F一定时，小车的加速度一定时，小车的加速度a与小与小车质量车质量M的关系，某位同学设计的实验的关系，某位同学设计的实验步骤如下：步骤如下： A用天平称出小车和小盘的质量；用天平称出小车和小盘的质量； B按图安装好实验器材；按图安装好实验器材； C把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂小盘；把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂小盘；图图324 D将电火花打点计时器接在将电火花打点计时器接在220 V电压的直流电源上，电压的直流电源上，接通电源，放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，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；并在纸带上标明小车质量； E保持小盘及盘内砝码的质量不变，增加小车上的保持小盘及盘内砝码的质量不变，增加小车上的砝码个数，并记录每次增加后的砝码个数，并记录每次增加后的M值，重复上述实验；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；分析每条纸带，测量并计算出加速度的值； G作作aM关系图像，并由图像确定关系图像，并由图像确定a、M关系。关系。 (1)该同学漏掉的重要实验步骤是该同学漏掉的重要实验步骤是_，该步骤应，该步骤应排在排在_步实验之后。步实验之后。 (2)在上述步骤中，有错误的是在上述步骤中，有错误的是_，应把，应把_改为改为_。 (3)在上述步骤中，处理不恰当的是在上述步骤中，处理不恰当的是_，应把，应把_改为改为_。用图像法处理实验数据用图像法处理实验数据 例例2“探究加速度与物体质量、物体受力的关系探究加速度与物体质量、物体受力的关系”的实验装置如图的实验装置如图325甲所示。甲所示。图图325 (1)在平衡小车与桌面之间摩擦力的过程中，打出了一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。打点计时器打点的时间间隔为条纸带如图乙所示。打点计时器打点的时间间隔为0.02 s。从比较清晰的点起，每从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，量出相邻计数个点取一个计数点，量出相邻计数点之间的距离。该小车的加速度点之间的距离。该小车的加速度a_m/s2。(结果保留结果保留两位有效数字两位有效数字) (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。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。小车的加速度盘中，测量小车的加速度。小车的加速度a与砝码盘中砝与砝码盘中砝码总重力码总重力F的实验数据如下表：的实验数据如下表：砝码盘中砝码总重力砝码盘中砝码总重力F(N)0.196 0.392 0.588 0.784 0.980加速度加速度a(ms2)0.691.181.662.182.70请根据实验数据在图请根据实验数据在图326中作出中作出aF的关系图像。的关系图像。图图326 (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。(2)根据所给数据描点，作出图像如图所示。根据所给数据描点，作出图像如图所示。 (3)小车、砝码盘和砝码组成的系统所受合外力为砝小车、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，码盘和砝码的总重力，而表中数据漏计了砝码盘的重力，导致合力导致合力F的测量值小于真实值，的测量值小于真实值，aF图像不过原点。图像不过原点。答案答案(1)0.16(0.15 也算对也算对)(2)见解析图见解析图(3)未计入砝码盘的重力未计入砝码盘的重力