第四章2实验：探究加速度与力、质量的关系.ppt

2 实验：探究加速度与力、质量的关系1.1.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。2.2.探究加速度与力、质量的关系。探究加速度与力、质量的关系。用控制变量法探究加速度与力、质量的关系。用控制变量法探究加速度与力、质量的关系。1.1.加速度与力的关系加速度与力的关系保持物体的质量保持物体的质量m m不变，测量物体在不同力不变，测量物体在不同力F F的作用下的加速度的作用下的加速度a a，分析，分析a a与与F F的关系。的关系。2.2.加速度与质量的关系加速度与质量的关系保持物体所受的力保持物体所受的力F F不变，测量不同质量不变，测量不同质量m m的物体在恒力的物体在恒力F F作用作用下的加速度下的加速度a a，分析，分析a a与与m m的关系。的关系。打点计时器、纸带、复写纸、小车、一端附有定滑轮的长木打点计时器、纸带、复写纸、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘、重物、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平板、小盘、重物、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平( (带有一套砝码带有一套砝码) )、刻度尺。、刻度尺。 一、实验步骤一、实验步骤1.1.用天平测出小车和重物的质量分别为用天平测出小车和重物的质量分别为m m0 0、M M0 0, ,并把数值记录并把数值记录下来。下来。2.2.按图将实验器材安装好按图将实验器材安装好( (小车上不系绳小车上不系绳) )。 3.3.平衡摩擦力平衡摩擦力, ,在长木板无定滑轮的一端下面垫一薄木板在长木板无定滑轮的一端下面垫一薄木板, ,反反复移动其位置复移动其位置, ,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斜面上做匀速直线运动为止( (纸带上相邻点间距相等纸带上相邻点间距相等) )。4.4.将重物通过细绳系在小车上将重物通过细绳系在小车上, ,接通电源放开小车接通电源放开小车, ,用纸带记录用纸带记录小车的运动情况小车的运动情况; ;取下纸带并在纸带上标上号码及此时所挂重取下纸带并在纸带上标上号码及此时所挂重物的质量物的质量M M0 0, ,计算出重物的重力计算出重物的重力M M0 0g g。5.5.保持小车的质量不变保持小车的质量不变, ,改变所挂重物的质量改变所挂重物的质量, ,从而改变拉力从而改变拉力, ,重复步骤重复步骤4,4,多做几次实验多做几次实验, ,并记录好相应重物的质量并记录好相应重物的质量, ,进而计算进而计算出重物的重力出重物的重力M M1 1g g、M M2 2g g 6.6.保持小车所受合外力不变保持小车所受合外力不变, ,在小车上加放砝码在小车上加放砝码, ,并测出小车与并测出小车与所放砝码的总质量所放砝码的总质量m m1 1, ,接通电源接通电源, ,放开小车，用纸带记录小车的放开小车，用纸带记录小车的运动情况运动情况, ,取下纸带并在纸带上标上号码。取下纸带并在纸带上标上号码。7.7.继续在小车上加放砝码继续在小车上加放砝码, ,重复步骤重复步骤6,6,多做几次实验多做几次实验, ,在每次得在每次得到的纸带上标上号码并测出每次实验小车与所放砝码的总质量到的纸带上标上号码并测出每次实验小车与所放砝码的总质量m m2 2、m m3 38.8.在每条纸带上都选取一段比较理想的部分，标明计数点，测在每条纸带上都选取一段比较理想的部分，标明计数点，测量计数点之间的距离，算出每条纸带上加速度的值。量计数点之间的距离，算出每条纸带上加速度的值。结合步骤结合步骤5 5填写表一。填写表一。表一：物体的质量一定表一：物体的质量一定, ,加速度与受力的关系加速度与受力的关系实验序号实验序号加速度加速度a/(msa/(ms-2-2) )小车受力小车受力F/NF/N1 12 23 34 4结合步骤结合步骤7 7填写表二。填写表二。表二：物体受到的合外力一定，加速度与质量的关系表二：物体受到的合外力一定，加速度与质量的关系 实验实验序号序号 加速度加速度a/(msa/(ms-2-2) )小车与砝码小车与砝码总质量总质量m/kgm/kg小车与砝码总质量的小车与砝码总质量的倒数倒数 /kg/kg-1-11 12 23 34 41m二、数据处理二、数据处理1.1.物体的质量一定，分析加速度与力的关系。物体的质量一定，分析加速度与力的关系。以以a a为纵坐标，以为纵坐标，以F F为横坐标建立坐标系，根据各组数据在坐标为横坐标建立坐标系，根据各组数据在坐标系中描点，利用图像找规律，如图所示。如果系中描点，利用图像找规律，如图所示。如果a-Fa-F图线是一条图线是一条过原点的直线，则可以得出结论：质量不变时，加速度与力成过原点的直线，则可以得出结论：质量不变时，加速度与力成正比。正比。2.2.物体的受力一定，分析加速度与质量的关系。物体的受力一定，分析加速度与质量的关系。在相同力的作用下，质量在相同力的作用下，质量m m越大，加速度越大，加速度a a越小。这可能是越小。这可能是“a a与与m m成反比成反比”，但也可能是，但也可能是“a a与与m m2 2成反比成反比”，甚至更复杂的关，甚至更复杂的关系。从最简单的情况入手，检验系。从最简单的情况入手，检验“a a与与m m成反比成反比”。在数据处理。在数据处理上要用到下面的技巧，上要用到下面的技巧，“a a与与m m成反比成反比”实际上就是实际上就是“a a与与 成成正比正比”。如果以。如果以a a为纵坐标，为纵坐标， 为横坐标建立坐标系，如果为横坐标建立坐标系，如果a- a- 图线是一条过原点的直线图线是一条过原点的直线, ,则可得出结论：物体受力一定则可得出结论：物体受力一定时，加速度与质量成反比。时，加速度与质量成反比。1m1m1m1.1.小车运动过程中要受到木板给它的摩擦力，怎样平衡这个摩小车运动过程中要受到木板给它的摩擦力，怎样平衡这个摩擦力？又怎样去验证摩擦力被完全平衡了？在探究加速度与力、擦力？又怎样去验证摩擦力被完全平衡了？在探究加速度与力、质量的关系的实验中平衡了摩擦力后，改变重物的质量，或者质量的关系的实验中平衡了摩擦力后，改变重物的质量，或者改变小车的质量，是否还需要重新平衡摩擦力改变小车的质量，是否还需要重新平衡摩擦力? ?提示：提示：将木板无定滑轮的一端稍微垫高一些，目的是用小车重将木板无定滑轮的一端稍微垫高一些，目的是用小车重力沿斜面向下的分力来平衡摩擦力。力沿斜面向下的分力来平衡摩擦力。在木板无定滑轮的一端下面垫上一块薄木板，反复移动薄木板在木板无定滑轮的一端下面垫上一块薄木板，反复移动薄木板的位置，直到小车不挂重物时能在木板上匀速运动为止。判断的位置，直到小车不挂重物时能在木板上匀速运动为止。判断方法是看打点计时器在纸带上打出的点间隔是否均匀，若打出方法是看打点计时器在纸带上打出的点间隔是否均匀，若打出的点间隔均匀就说明小车做匀速运动了。的点间隔均匀就说明小车做匀速运动了。平衡摩擦力是指小车所受的重力沿斜面的分力与小车所受阻力平衡摩擦力是指小车所受的重力沿斜面的分力与小车所受阻力大小相等，即大小相等，即mgsin=mgcosmgsin=mgcos，等式两边，等式两边m m可消去，所以平可消去，所以平衡摩擦力后，不管是改变重物的质量还是改变小车的质量，都衡摩擦力后，不管是改变重物的质量还是改变小车的质量，都不需重新平衡摩擦力。不需重新平衡摩擦力。2.2.在探究加速度与外力间的关系时，得到的图像如图中甲和乙在探究加速度与外力间的关系时，得到的图像如图中甲和乙所示，则出现此种现象的原因是什么所示，则出现此种现象的原因是什么? ?提示：提示：甲图说明平衡摩擦力时，木板倾角过大了，即拉力甲图说明平衡摩擦力时，木板倾角过大了，即拉力F=0F=0时，已产生加速度，此加速度是由小车重力的分力形成的。乙时，已产生加速度，此加速度是由小车重力的分力形成的。乙图说明平衡摩擦力不够或根本没有平衡摩擦力，因为当拉力增图说明平衡摩擦力不够或根本没有平衡摩擦力，因为当拉力增大到一定程度时才产生加速度。大到一定程度时才产生加速度。类型一类型一 实验器材选择实验器材选择【典例【典例1 1】在在“探究加速度与力、质量的关系探究加速度与力、质量的关系”的实验中，备的实验中，备有下列器材：有下列器材：A.A.电火花计时器；电火花计时器；B.B.天平；天平；C.C.秒表；秒表；D.D.交流电交流电源；源；E.E.电池；电池；F.F.纸带；纸带；G.G.细绳、砝码、滑块细绳、砝码、滑块( (可骑在气垫导轨可骑在气垫导轨上上) )；H.H.气垫导轨气垫导轨( (一端带定滑轮一端带定滑轮) )；I.I.毫米刻度尺；毫米刻度尺；J.J.小型气小型气泵。泵。(1)(1)实验中应选用的器材有实验中应选用的器材有_；(2)(2)实验的研究对象为实验的研究对象为_。(3)(3)本实验分两大步骤进行：本实验分两大步骤进行：_；_。【解析】【解析】(1)(1)本实验的重点：在本实验的重点：在m m一定时，根据不同力作用下打一定时，根据不同力作用下打出的纸带，求出加速度；出的纸带，求出加速度；F F一定时，根据不同质量条件下打出一定时，根据不同质量条件下打出的纸带，求出加速度，故只要明确电火花计时器及气垫导轨的的纸带，求出加速度，故只要明确电火花计时器及气垫导轨的工作条件，则可知需要的器材是工作条件，则可知需要的器材是ABDFGHIJABDFGHIJ。(2)(2)骑在气垫导轨上的滑块。骑在气垫导轨上的滑块。(3)(3)研究研究a a与与F F的关系的关系(m(m一定一定) )；研究研究a a与与 的关系的关系(F(F一定一定) )。答案：答案：(1)ABDFGHIJ(1)ABDFGHIJ(2)(2)骑在气垫导轨上的滑块骑在气垫导轨上的滑块(3)(3)见解析见解析1m类型二类型二 实验数据处理实验数据处理【典例【典例2 2】(2013(2013怀化高一检测怀化高一检测) )如图为某同学设计的如图为某同学设计的“探究探究加速度与物体所受合力加速度与物体所受合力F F及质量及质量m m的关系的关系”实验装置简图，实验装置简图，A A为为小车，小车，B B为电火花计时器，为电火花计时器，C C为装有砝码的小桶，为装有砝码的小桶，D D为一端带有为一端带有定滑轮的长方形木板。在实验中细线对小车拉力定滑轮的长方形木板。在实验中细线对小车拉力F F等于砝码和等于砝码和小桶的总重力，小车运动加速度小桶的总重力，小车运动加速度a a可用纸带上的点求得。可用纸带上的点求得。(1)(1)为了研究加速度跟力和质量的关系，应该采用的研究实验为了研究加速度跟力和质量的关系，应该采用的研究实验方法是方法是_。A.A.控制变量法控制变量法 B.B.假设法假设法C.C.理想实验法理想实验法 D.D.图像法图像法(2)(2)关于该实验，下列说法中不正确的是关于该实验，下列说法中不正确的是_。A.A.砝码和小桶的总质量要远大于小车的质量砝码和小桶的总质量要远大于小车的质量B.B.为消除摩擦力对实验的影响，可以把木板为消除摩擦力对实验的影响，可以把木板D D的左端适当垫高的左端适当垫高C.C.电火花计时器使用交流电源电火花计时器使用交流电源D.D.长木板的左端被垫高后，图中细线应保持与木板平行长木板的左端被垫高后，图中细线应保持与木板平行(3)(3)如图是实验中获取的一条纸带的一部分：如图是实验中获取的一条纸带的一部分：0 0、1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6、7 7是计数点，每相邻两计数点间还有是计数点，每相邻两计数点间还有4 4个打点个打点( (图中未标图中未标出出) )，计数点间的距离如图所示。根据图中数据可得出表格，计数点间的距离如图所示。根据图中数据可得出表格1 1中中空白处的数据应是空白处的数据应是_。表格表格1 1由纸带求出小车的加速度由纸带求出小车的加速度a=_m/sa=_m/s2 2。( (加速度加速度a a保留两位有保留两位有效数字效数字) ) 计数点计数点1 12 23 34 45 56 6瞬时速度瞬时速度v/(msv/(ms-1-1) )0.1650.1650.2150.2150.3140.3140.3640.3640.4130.413(4)(4)在在“探究加速度与质量的关系探究加速度与质量的关系”时，保持砝码和小桶质量时，保持砝码和小桶质量不变，改变小车质量不变，改变小车质量m m，分别测得小车的加速度，分别测得小车的加速度a a与对应的质量与对应的质量m m数据如表格数据如表格2 2。表格表格2 2次数次数1 12 23 34 45 5小车的加速度小车的加速度 a/(msa/(ms-2-2) )1.251.251.001.000.800.800.500.500.400.40小车的质量小车的质量 m/kgm/kg0.4000.4000.5000.5000.6250.6251.0001.0001.2501.250小车质量的倒数小车质量的倒数 m m-1-1/kg/kg-1-12.502.502.002.001.601.601.001.000.800.80利用表格利用表格2 2中的数据，在坐标纸中作出中的数据，在坐标纸中作出a a与与 关系的图像。关系的图像。(5)(5)上题中小车受的拉力上题中小车受的拉力F=_NF=_N。1m【解析】【解析】(1)(1)选选A A。由于加速度与作用力和物体质量两个因素有。由于加速度与作用力和物体质量两个因素有关，所以实验采用的是控制变量法，关，所以实验采用的是控制变量法，A A正确，正确，B B、C C、D D错误。错误。(2)(2)选选A A。为了使小车受的拉力与砝码和小桶的总重力相等，应。为了使小车受的拉力与砝码和小桶的总重力相等，应使砝码和小桶的总质量远小于小车的质量，使砝码和小桶的总质量远小于小车的质量，A A错误；为了消除错误；为了消除摩擦力对实验的影响，要平衡摩擦力，即把木板远离滑轮的一摩擦力对实验的影响，要平衡摩擦力，即把木板远离滑轮的一侧适当垫高，侧适当垫高，B B正确；无论是电磁打点计时器，还是电火花计正确；无论是电磁打点计时器，还是电火花计时器，都使用交流电源，时器，都使用交流电源，C C正确；细线与木板不平行，则小车正确；细线与木板不平行，则小车产生加速度的力与细线的拉力不相等，产生加速度的力与细线的拉力不相等，D D正确，所以选正确，所以选A A。(3)(3)a=a=0.50 m/s=0.50 m/s2 2232.402.8810v m/s0.264 m/s2 0.1（）22222.883.393.88101.40 1.892.4010 m/s0.3（）（）（）(4)(4)图像如图图像如图(5)(5)由由F=maF=ma可得小车受的拉力可得小车受的拉力F=0.5 NF=0.5 N。答案：答案：(1)A (2)A (3)0.264 0.50 (4)(1)A (2)A (3)0.264 0.50 (4)见解析见解析 (5)0.5(5)0.5