高考物理一轮复习（要点+命题导向+策略）实验4探究加速度与力质量的关系课件.ppt

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1、实验四探究加速度与力实验四探究加速度与力质量的关系质量的关系 2021/8/11 星期三1一、实验目的一、实验目的1了了解解如如何何来来描描述述物物体体的的运运动动状状态态，明明确确物物体体运运动动状状态的改变必有加速度；态的改变必有加速度；2掌握一种科学的研究方法掌握一种科学的研究方法控制变量法；控制变量法；3理理解解加加速速度度和和力力的的关关系系，并并知知道道得得出出这这个个关关系系的的实实验思想和方法；验思想和方法；4理理解解加加速速度度与与质质量量的的关关系系，并并知知道道得得出出这这个个关关系系的的实验思想和方法实验思想和方法2021/8/11 星期三2二、实验原理二、实验原理物物

2、体体的的加加速速度度a不不仅仅跟跟它它所所受受到到的的外外力力F有有关关，还还取取决决于于它它自自己己的的属属性性质质量量m.为为了了定定量量地地研研究究a、F、m三三者者之之间间的的关关系系，先先保保持持一一个个量量(质质量量m)不不变变，研研究究其其他他两两个个量量(加加速速度度a与与外外力力F)之之间间的的关关系系；然然后后再再保保持持另另一一个个量量(外外力力F)不不变变，研研究究其其他他两两个个量量(加加速速度度a与与质质量量m)之之间间的的关关系系；最最后后把把两两个个结结果果综综合合起起来来得得出出a与与F、m之之间间的的关关系系这这种种方方法法称称为控制变量法为控制变量法202

3、1/8/11 星期三3分分析析对对小小车车及及小小桶桶分分别别列列出出牛牛顿顿第第二二定定律律方方程程得得：小小车车：T1MaM，小小桶桶：mgT1mam，且且有有：T1T1，aMam.联立解得：联立解得：aMam ，T1 g2021/8/11 星期三4三、实验器材三、实验器材打打点点计计时时器器；纸纸带带及及复复写写纸纸片片；小小车车；一一端端附附有有定定滑滑轮轮的的长长木木板板、砝砝码码；细细绳绳；低低压压交交流流电电源源；两两根根导导线线；天天平；刻度尺；小砂桶；砂平；刻度尺；小砂桶；砂2021/8/11 星期三5四、实验步骤四、实验步骤图图11用天平测出小车和小砂桶的质量用天平测出小车

4、和小砂桶的质量M和和m.2按按图图1所所示示把把实实验验器器材材安安装装好好，但但不不把把悬悬挂挂小小砂砂桶桶的细绳系在小车上的细绳系在小车上(即不给小车加牵引力即不给小车加牵引力)2021/8/11 星期三63平平衡衡摩摩擦擦力力：在在长长木木板板的的不不带带定定滑滑轮轮的的一一端端下下面面垫垫上上一一块块薄薄木木板板，反反复复移移到到木木板板的的位位置置，直直到到小小车车在在斜斜面面上上运运动动时时能能保保持持匀匀速速运运动动状状态态，这这时时小小车车拖拖着着纸纸带带运运动动时时受受到到的的摩摩擦擦力力恰恰好好与与小小车车所所受受的的重重力力在在斜斜面面方方向向上上的的分分力力平平衡衡4把

5、把细细绳绳系系在在小小车车上上并并绕绕过过定定滑滑轮轮悬悬挂挂小小砂砂桶桶，让让小小车车紧紧靠靠打打点点计计时时器器，先先接接通通电电源源再再放放开开小小车车，取取下下纸纸带带，在打点在打点纸带纸带上上标标上上纸带纸带号号码码2021/8/11 星期三75保保持持小小车车的的质质量量不不变变，改改变变小小砂砂桶桶内内砂砂的的质质量量，即即改改变变小小车车的的牵牵引力，再做几次引力，再做几次实验实验6在在每每条条纸纸带带上上都都选选取取一一段段比比较较理理想想的的部部分分，按按“测测定定匀匀变变速速直直线线运运动动的的加加速速度度”实实验验中中的的方方法法算算出出每每条条纸纸带带的的加速度加速度

6、7用用纵纵坐坐标标表表示示加加速速度度，横横坐坐标标表表示示力力，根根据据实实验验结结果果在在坐坐标标平平面面上上画画出出相相应应的的点点，如如果果这这些些点点在在一一条条倾倾斜斜直直线线上，便上，便证证明了加速度与作用力成正比明了加速度与作用力成正比2021/8/11 星期三88保保持持砂砂和和小小砂砂桶桶的的质质量量不不变变，在在小小车车上上依依次次加加砝砝码码(做做好好记记录录)，重重复复上上述述步步骤骤(4)和和步步骤骤(6)，用用纵纵坐坐标标表表示示加加速速度度，横横坐坐标标表表示示小小车车及及砝砝码码总总质质量量的的倒倒数数，在在坐坐标标平平面面上上根根据据实实验验结结果果画画出出

7、相相应应的的点点，如如果果这这些些点点在在一一条条倾倾斜斜的的直直线线上，就上，就证证明加速度与明加速度与质质量成反比量成反比2021/8/11 星期三9五、数据处理五、数据处理利利用用图图象象处处理理数数据据是是一一种种常常用用的的重重要要方方法法将将实实验验中中得得到到的的数数据据通通过过描描点点作作出出图图象象，可可以以非非常常直直观观地地看看出出两两个个物物理理量量之之间间的的关关系系，也也可可以以有有效效地地减减小小实实验验误误差差，确确定定并并排除实验中测得的一些错误数据排除实验中测得的一些错误数据在在探探究究加加速速度度与与力力的的关关系系的的实实验验中中，以以加加速速度度a为为

8、纵纵坐坐标标，力力F为为横横坐坐标标，根根据据各各组组数数据据在在坐坐标标系系中中描描点点如如果果这这些点在一条过原点的直线上，说明些点在一条过原点的直线上，说明a与与F成正比成正比2021/8/11 星期三10在在探探究究加加速速度度与与质质量量的的关关系系实实验验中中，“加加速速度度a与与质质量量m成成反反比比”实实际际上上就就是是“加加速速度度a与与质质量量的的倒倒数数 成成正正比比”，以以加加速速度度a为为纵纵坐坐标标，以以质质量量的的倒倒数数 为为横横坐坐标标建建立立坐坐标标系系，根根据据a 图图象象是是不不是是过过原原点点的的直直线线，就就能能判判断断a与与m是是否否成成反比反比2

9、021/8/11 星期三11六、实验误差来源与分析六、实验误差来源与分析1因实验原理不完善引起的误差：因实验原理不完善引起的误差：本本实实验验用用砂砂和和小小砂砂桶桶的的总总重重力力mg代代替替小小车车的的拉拉力力，而而实实际际上上小小车车所所受受的的拉拉力力要要小小于于砂砂和和小小砂砂桶桶的的总总重重力力砂砂和和小小砂砂桶桶的的总总质质量量越越接接近近于于小小车车和和砝砝码码的的总总质质量量，误误差差越越大大；反反之之，砂砂和和小小砂砂桶桶的的总总质质量量越越小小于于小小车车和和砝砝码码的的总总质质量量，由由此此引引起起的的误误差差就就越越小小因因此此，满满足足砂砂和和小小砂砂桶桶的的总总质

10、质量量远远小小于于小小车车和和砝砝码码的的总总质质量量的的目目的的就就是是为为了了减减小小因因实实验验原原理不完善而引起的误差理不完善而引起的误差2摩摩擦擦力力平平衡衡不不准准确确、质质量量测测量量不不准准确确、记记数数点点间间距距测测量量不不准准确确、纸纸带带和和细细绳绳不不严严格格与与木木板板平平行行都都会会引引起起误误差差2021/8/11 星期三12七、注意事项七、注意事项1实实验验步步骤骤(3)不不需需要要重重复复，即即整整个个实实验验平平衡衡了了摩摩擦擦力力后后，不不管管以以后后是是改改变变小小砂砂桶桶中中砂砂的的质质量量还还是是改改变变小小车车和和砝码的质量都不需要重新平衡摩擦力

11、砝码的质量都不需要重新平衡摩擦力2在在实实验验中中一一定定要要注注意意使使砂砂和和小小砂砂桶桶的的总总质质量量远远小小于于小车和砝码的总质量小车和砝码的总质量.3改改变变拉拉力力和和小小车车质质量量后后，每每次次开开始始时时小小车车应应尽尽量量靠靠近近打打点点计计时时器器，并并应应先先接接通通电电源源，再再放放开开小小车车，且且在在小小车车到达定滑轮前应按住小车到达定滑轮前应按住小车2021/8/11 星期三134各各纸带纸带的加速度，都的加速度，都应应是是该纸带该纸带的平均加速度的平均加速度5作作图图象象时时，要要使使尽尽可可能能多多的的点点在在所所作作直直线线上上，不不在在直直线线上的点上

12、的点应应尽可能尽可能对对称的分布在所作直称的分布在所作直线线的两的两侧侧2021/8/11 星期三14题题型一型一实验实验操作与技巧操作与技巧例例1在在做做“验验证证牛牛顿顿第第二二运运动动定定律律”的的实实验验时时，某某学学生生将将实实验验装装置置如如图图2安安装装，准准备备接接通通电电源源后后开开始始做做实实验验，但但他的装置他的装置图图中有几个明中有几个明显显的的错误错误，请请写出两个：写出两个：图图22021/8/11 星期三15(1)_；(2)_解解析析实实验验中中打打点点计计时时器器不不能能用用直直流流电电源源，没没有有平平衡摩擦力，小车没有靠近打点计时器衡摩擦力，小车没有靠近打点

13、计时器答案答案(1)不能用直流电源不能用直流电源(2)没有平衡摩擦力没有平衡摩擦力2021/8/11 星期三16题题后后反反思思：本本题题主主要要考考查查实实验验操操作作及及注注意意事事项项，只只要要对这些有一定的了解，解决此类问题较容易对这些有一定的了解，解决此类问题较容易2021/8/11 星期三17做做“验验证证牛牛顿顿第第二二定定律律”实实验验时时，按按实实验验要要求求安安装装好好器器材材后后，应应按按一一定定的的步步骤骤进进行行实实验验，下下列列给给出出供供选选择择的的操操作作步步骤骤：A保保持持小小桶桶和和砂砂的的质质量量不不变变，在在小小车车里里加加砝砝码码，测测出加速度，重复几

14、次出加速度，重复几次B保保持持小小车车质质量量不不变变，改改变变小小桶桶里里砂砂子子的的质质量量，测测出加速度，重复几次出加速度，重复几次C用天平用天平测测出小出小车车和砂子的和砂子的质质量量2021/8/11 星期三18D在在长长木木板板没没有有定定滑滑轮轮的的一一端端垫垫上上厚厚度度合合适适的的垫垫木木，平衡摩擦力平衡摩擦力E根据根据测测出的数据，分出的数据，分别别画出画出aF和和a 图图象象F用秒表用秒表测测出小出小车车运运动动的的时间时间G将将装装有有砂砂子子的的小小桶桶用用细细线线通通过过定定滑滑轮轮系系到到小小车车上上，接通接通电电源，源，释释放小放小车车，在，在纸带纸带上打出一系

15、列的点上打出一系列的点以以上上步步骤骤中中，不不必必要要的的步步骤骤是是_，正正确确步步骤骤的的合理合理顺顺序是序是_(填写代表字母填写代表字母)答案：答案：FCDGABE2021/8/11 星期三19题型二实验数据的处理和误差分析题型二实验数据的处理和误差分析例例2如如图图3甲甲所所示示为为实实验验中中用用打打点点计计时时器器打打出出的的一一条条较较理理想想的的纸纸带带，纸纸带带上上A、B、C、D、E、F、G为为七七个个相相邻邻的的计计数数点点，相相邻邻计计数数点点间间的的时时间间间间隔隔是是0.1 s，距距离离如如图图甲甲所所示示，单单位位是是 cm，小小车车的的加加速速度度是是_m/s2

16、，在在验验证证质质量量一一定定时时加加速速度度a和和合合外外力力F的的关关系系时时，某某学学生生根根据据实实验验 数数 据据 作作 出出 了了 如如 图图 乙乙 所所 示示 的的 aF图图 象象，其其 原原 因因 是是 .2021/8/11 星期三20 图图32021/8/11 星期三21根根据据测测量量数数据据作作出出的的aF图图线线没没有有过过原原点点，图图象象交交于于a轴上一点，说明平衡摩擦力过度轴上一点，说明平衡摩擦力过度答案答案1.6平衡摩擦力过度平衡摩擦力过度2021/8/11 星期三22题题后后反反思思：a的的计计算算用用公公式式xaT2，通通过过计计算算平平均均值值确确定定a的

17、的大大小小，平平均均值值的的求求解解用用逐逐差差法法计计算算较较为为精精确确，aF图图象象的的形形状状为为不不过过原原点点的的直直线线，表表明明平平衡衡摩摩擦擦力力的的操操作作存存在问题在问题2021/8/11 星期三23用用斜斜面面、小小车车、砝砝码码等等器器材材按按图图4(1)所所示示方方法法探探究究a、m、F三三者者关关系系的的实实验验中中，得得到到图图4(2)所所示示的的一一条条打打点点的的纸纸带带，相相邻邻计计数数点点的的时时间间间间隔隔为为T，且且间间距距x1，x2，x3x6已已量出量出 图图42021/8/11 星期三24(1)请请写出三个不同的写出三个不同的计计算加速度的表达式

18、算加速度的表达式(2)如如图图5(1)所所示示，是是甲甲同同学学根根据据测测量量数数据据画画出出的的aF图线图线，表明，表明实验实验的的问题问题是是_(3)乙乙、丙丙同同学学用用同同一一装装置置实实验验，画画出出了了各各自自得得到到的的aF图图线线如如图图5(2)所所示示，说说明明两两个个同同学学做做实实验验时时的的哪哪一一个个物物理量取理量取值值不同？并比不同？并比较较其大小其大小图图52021/8/11 星期三25解解析析：本本题题主主要要考考查查根根据据纸纸带带求求匀匀变变速速直直线线运运动动的的加加速度和对图象法处理实验数据得到的速度和对图象法处理实验数据得到的aF图象的理解图象的理解

19、(1)a(x2x1)/T2a(x4x1)/(3T2)a(x6x5x4)(x3x2x1)/(9T2)(2)没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够(3)小车及车上的砝码的总质量不同，且小车及车上的砝码的总质量不同，且m乙乙m丙丙答案：答案：见解析见解析2021/8/11 星期三26图图61如如图图6所所示示，在在研研究究牛牛顿顿第第二二定定律律的的演演示示实实验验中中，若若1、2两两个个相相同同的的小小车车所所受受拉拉力力分分别别为为F1、F2，车车中中所所放放砝砝码码的的质质量量分分别别为为m1、m2，打打开开夹夹子子后后经经过过相相同同的的时时间间两两车车的位移分的位移分

20、别为别为x1、x2，则则在在实验误实验误差允差允许许的范的范围围内，有内，有 ()2021/8/11 星期三27A当当m1m2、F12F2时时，x12x2B当当m1m2、F12F2时时，x22x1C当当m12m2、F1F2时时，x12x2D当当m12m2、F1F2时时，x22x1解解析析：题题中中m1和和m2是是车车中中砝砝码码的的质质量量，绝绝不不能能认认为为是是小小车车的的质质量量本本题题中中只只说说明明了了两两小小车车是是相相同同的的，并并没没有有告告诉诉小小车车的的质质量量是是多多少少当当m1m2时时，两两车车加加砝砝码码质质量量仍仍相相等等，若若F12F2，则则a12a2，由由x a

21、t2得得x12x2，A对对若若m12m2时时，无无法法确确定定两两车车加加砝砝码码后后的的质质量量关关系系，两两小小车车的的加加速速度度关关系也就不明确，所以无法判定两车的位移关系系也就不明确，所以无法判定两车的位移关系答案：答案：A2021/8/11 星期三28 图图72如如图图7所所示示是是在在验验证证牛牛顿顿第第二二定定律律实实验验中中，根根据据实实验验数据描数据描绘绘出的三条出的三条aF图图象，下列象，下列说说法中正确的是法中正确的是()A三条三条倾倾斜直斜直线线所所对应对应的小的小车车和砝和砝码码的的总质总质量相同量相同B三条三条倾倾斜直斜直线线所所对应对应的小的小车车和砝和砝码码的

22、的总质总质量不同量不同C直直线线1对应对应的小的小车车和砝和砝码码的的总质总质量最大量最大D直直线线3对应对应的小的小车车和砝和砝码码的的总质总质量最大量最大2021/8/11 星期三29解解析析：由由牛牛顿顿第第二二定定律律得得：Fma，a F，直直线线的的斜斜率率等等于于质质量量的的倒倒数数，三三条条直直线线的的斜斜率率不不同同，说说明明三三条条直直线线所所对对应应的的小小车车和和砝砝码码的的总总质质量量不不同同，由由图图可可知知，直直线线1的的斜斜率率最最大大，所所对对应应的的总总质质量量最最小小；直直线线3的的斜斜率率最最小小，所对应的总质量最大正确选项为所对应的总质量最大正确选项为B

23、D.答案：答案：BD2021/8/11 星期三303某某同同学学在在做做加加速速度度和和力力、质质量量的的关关系系的的实实验验中中，测测得小得小车车的加速度的加速度a和拉力和拉力F的数据如下表所示的数据如下表所示F/N0.200.300.400.500.60a/ms20.110.190.290.400.51图图82021/8/11 星期三31(1)根据表中的数据在坐根据表中的数据在坐标图标图上作出上作出aF图图象；象；(2)图图象的斜率的物理意象的斜率的物理意义义是是_；(3)图图 象象(或或 延延 长长 线线)与与 F轴轴 的的 截截 距距 的的 物物 理理 意意 义义 是是_；(4)小小车

24、车和砝和砝码码的的总质总质量量为为_kg.2021/8/11 星期三32答案：答案：(1)aF图象如图图象如图9所示所示图图9(2)小车和砝码的总质量的倒数小车和砝码的总质量的倒数(3)小车受到的阻力为小车受到的阻力为0.1 N(4)1.002021/8/11 星期三334同学同学们们在做在做“验证验证牛牛顿顿第二定律第二定律”的的实验实验(1)甲甲同同学学为为了了使使小小车车受受到到合合外外力力等等于于小小砂砂桶桶和和砂砂的的总总重量，他采用如下两个措施：重量，他采用如下两个措施：A平平衡衡摩摩擦擦力力：将将长长木木板板无无滑滑轮轮的的一一端端下下面面垫垫一一小小木木块块，反反复复移移动动木

25、木块块的的位位置置，直直到到小小车车在在小小砂砂桶桶的的拉拉动动下下带动纸带带动纸带与小与小车车一起做匀速直一起做匀速直线线运运动动；B调调整整砂砂的的多多少少，使使砂砂和和小小砂砂桶桶的的总总质质量量m远远小小于于小小车车和砝和砝码码的的总质总质量量M.请问请问：以上哪一个措施中有何重大：以上哪一个措施中有何重大错误错误？答：答：_.2021/8/11 星期三34(2)乙乙同同学学在在实实验验中中，他他保保持持小小车车及及砝砝码码总总质质量量M不不变变反反复复改改变变砂砂的的质质量量，并并测测得得一一系系列列数数据据，结结果果发发现现小小车车受受到到的的合合外外力力(小小砂砂桶桶及及砂砂的的

26、总总重重量量)与与加加速速度度的的比比值值略略大大于于小小车车及及砝砝码码总总质质量量M，经经检检查查发发现现滑滑轮轮非非常常光光滑滑，打打点点计计时时器器工工作作正正常常，且且事事先先基基本本上上平平衡衡了了摩摩擦擦力力，那那么么出出现现这这种情况的主要原因是什么？种情况的主要原因是什么？答：答：_.2021/8/11 星期三35答答案案：(1)A，因因为为该该措措施施中中平平衡衡摩摩擦擦力力时时，不不应应用用小小砂砂桶桶拉拉动动小小车车做做匀匀速速运运动动，应应让让小小车车自自身身下下滑滑来来平平衡衡摩摩擦擦力力(2)由由于于未未满满足足mM，拉拉小小车车的的合合外外力力Fmg，因因此此，

27、M2021/8/11 星期三365(2009江江苏苏高高考考)“探探究究加加速速度度与与物物体体质质量量、物物体体受受力的关系力的关系”的的实验实验装置如装置如图图10甲所示甲所示图图102021/8/11 星期三37(1)在在平平衡衡小小车车与与桌桌面面之之间间摩摩擦擦力力的的过过程程中中，打打出出了了一一条条纸纸带带如如图图10乙乙所所示示计计时时器器打打点点的的时时间间间间隔隔为为0.02 s从从比比较较清清晰晰的的点点起起，每每5个个点点取取一一个个计计数数点点，量量出出相相邻邻计计数数点点之之间间的的距距离离该该小小车车的的加加速速度度a_m/s2.(结结果果保保留留两位有效数字两位

28、有效数字)2021/8/11 星期三38(2)平平衡衡摩摩擦擦力力后后，将将5个个相相同同的的砝砝码码都都放放在在小小车车上上挂挂上上砝砝码码盘盘，然然后后每每次次从从小小车车上上取取一一个个砝砝码码添添加加到到砝砝码码盘盘中中，测测量量小小车车的的加加速速度度小小车车的的加加速速度度a与与砝砝码码盘盘中中砝砝码码总总重力重力F的的实验实验数据如下表：数据如下表：请请根据根据实验实验数据作出数据作出aF的关系的关系图图象象(3)根根据据提提供供的的实实验验数数据据作作出出的的aF图图线线不不通通过过原原点点请说请说明主要原因明主要原因砝砝码盘码盘中砝中砝码码总总重力重力F(N)0.1960.3

29、920.5880.7840.980加速度加速度a(ms2)0.691.181.662.182.702021/8/11 星期三39解解析析：本本题题主主要要考考查查“探探究究加加速速度度与与质质量量、物物体体受受力力的的关关系系”这这一一探探究究性性实实验验，题题中中用用到到的的知知识识点点有有纸纸带带的的处处理理、表表格格数数据据的的处处理理以以及及图图象象问问题题意意在在考考查查考考生生对对实实验验的的探探究究能能力力，以以及及熟熟练练运运用用学学过过知知识识处处理理问问题题分分析析问问题题的的能能力力及及绘绘图图的的能能力力根根据据xaT2可可计计算算小小车车的的加加速速度度，a0.16 m/s2，运运用用表表格格中中给给出出的的数数据据可可绘绘出出图图象象，图图象象不不过过原原点点的的主要原因是未计入砝码盘的重力主要原因是未计入砝码盘的重力2021/8/11 星期三40答案：答案：(1)0.16(0.15也可也可)(2)见图见图12图图12(3)未计入砝码盘的重力未计入砝码盘的重力2021/8/11 星期三412021/8/11 星期三42