实验：探究加速度与力、质量的关系-高一物理人教版必修第一册.pptx

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1、加速度与力、质量的关系PHYSICAL实验：实验：探究加速度与力、质量的关系知识清单一、实验目的一、实验目的1.探究加速度与力、质量的关系2.掌握运用图像处理问题的方法二、实验原理二、实验原理用控制变量法探究加速度a与力F、质量M的关系，可以先保持F不变，研究a和M的关系，再保持M不变，研究a和F的关系实验：实验：探究加速度与力、质量的关系知识清单三、实验器材三、实验器材带定滑轮的长木板、低压交流电源、复写纸片和纸带、小车、小盘、电磁打点计时器、天平、砝码、刻度尺、导线实验：实验：探究加速度与力、质量的关系知识清单四、实验步骤四、实验步骤1.用天平测出小车的质量M，小盘和砝码的总质量m.2.按

2、图把实验器材安装好，先不要把悬挂小盘的细绳系在车上3.在木板的一端下面垫一木块，移动木块的位置，直至小车拖着纸带在斜面上做匀速运动4.小盘绕过滑轮系于小车上，先通电源后放开小车，打完点后切断电源，取下纸带5.保持小车的质量M不变，改变砝码和小盘的质量m，重复步骤4三次实验：实验：探究加速度与力、质量的关系知识清单四、实验步骤四、实验步骤6.在每条纸带上选取一段比较理想的部分，测加速度a.7.作aF的图像，若图像为一过原点的直线，证明加速度与力成正比8.保持砝码和小盘的质量m不变，改变小车质量M，重复步骤4和6，作 a-图像，若图像为一过原点的直线，证明加速度与质量成反比1M实验：实验：探究加速

3、度与力、质量的关系知识清单五、注意事项五、注意事项1牵引小车的砝码应有10g、20g、50g等规格。没有小规格砝码，可用沙桶装沙替代，质量用天平称量。2探究加速度与力的关系：小车质量为200g，两车上面均可加100g左右的砝码。保持其中一个小车所挂砝码不变（如20g），另一小车所挂砝码逐渐加大，但不要过大。砝码质量过大，会使图象线性变差。实验：实验：探究加速度与力、质量的关系知识清单五、注意事项五、注意事项3探究加速度与质量的关系：一车质量固定为300g，另一车质量可自200g起，逐次增加砝码至700g800g。牵引小车的砝码以30g40g为宜。小车质量过大，夹子不容易夹住车后拖线，造成位移误

4、差。4小车后所系线绳要用适当粗些的棉绳，当夹子夹住线绳时不会滑动。如果用表面较光滑的尼龙绳，当夹子闭合时线绳还会被小车拖一段距离才会停住。解决的办法可在尼龙绳上擦一些松香，以增大线绳与夹子之间的摩擦力。实验：实验：探究加速度与力、质量的关系知识清单五、注意事项五、注意事项5选择口宽、弹力大的夹子，使夹子张开和闭合动作要迅捷有力。动作缓慢，会使某些夹子张开夹口时两侧张开的程度不一样，张开较小的一侧所控制的小车拖绳受阻，影响到小车运动。6注意小车运动停止的位置不能与定滑轮相碰。实验中如果小车碰到定滑轮才松手让夹子夹住拖线，则与定滑轮相碰的小车位移偏小而产生误差。实验：实验：探究加速度与力、质量的关

5、系知识清单六、实验误差分析六、实验误差分析1.1.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.本实验用砂和砂桶的总重力(m+M)g 代替小车的拉力,而实际小车所受的拉力要小于砂和砂桶的总重力.砂和砂桶的总质量越接近小车和砝码的总质量,误差越大；反之,砂和砂桶的总质量越小于小车和砝码的总质量,由此引起的误差就越小.因此,满足砂和砂桶的总质量m远小于小车和砝码的总质量M的目的就是为了减小因实验原理不完善而引起的误差.此误差可因mM而减小,但不可能消除此误差.证明如下：小车和砂桶的受力情况如图所示.对小车：F=Ma 对砂桶：mg-F=ma 解得：.可见当mM时,Fmg.【说明】上面的证明在

6、这里讲的目的，旨在使同学们懂得为什么实验中要mM,不要求同学们会处理这类问题.这个问题在学完本章后来体会就更好.实验：实验：探究加速度与力、质量的关系知识清单六、实验误差分析六、实验误差分析2.2.平衡摩擦不准造成误差平衡摩擦不准造成误差.实验原理中设定为光滑水平面情形，所以实验中应平衡摩擦力，若未平衡摩擦力或平衡不当就会带来系统误差如出现图(甲)中的直线,说明平衡摩擦力时,平衡过大了.即拉力F0时,已产生加速度,其加速度是由多余重力的分力形成的出现图(甲)中的直线，说明平衡摩擦力不够，因为拉力大于F0时才产生加速度实验：实验：探究加速度与力、质量的关系知识清单六、实验误差分析六、实验误差分析

7、 2.2.平衡摩擦不准造成误差平衡摩擦不准造成误差.出现图(乙)中直线的原因分析如下：平衡摩擦力后,小车在木板上的受力应有F+mgsinF+mgsin-mgcosmgcos=ma=ma(*)(*)，其中F为绳拉力，为木板与水平面间的夹角若未平衡摩擦力,则0,(*)式为F-mg=ma,F一定,只有m小到一定程度,即 大到一定程度,才有F-mg0,才能产生加速度由图(乙)知,线为未平衡摩擦造成的误差1M若平衡摩擦过大,小车在木板上的受力应有F+mgsin-mgcos=ma,当 =0,即m时,式中F作为小量,可略去,将(*)式整理得a=g(sin-cos),说明线为平衡摩擦力过大造成的误差1M说明平

8、衡摩擦力时不要挂重物,整个实验平衡了摩擦力后,不管以后是改变小盘和砝码的质量还是改变小车和砝码的质量,都不需要重新平衡摩擦力实验：实验：探究加速度与力、质量的关系知识清单六、实验误差分析六、实验误差分析3.3.实验操作造成的误差实验操作造成的误差.质量测量不准确、计数点间的间距测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差实验原理与操作考点精讲本实验的难点是测量小车的合力，实验通过两个“转换”，使小车合力的测量转化为对悬挂物重力的测量1 1平衡摩擦力平衡摩擦力-使小车所受的合力使小车所受的合力“转换转换”为拉力为拉力小车受力为重力、拉力、阻力、支持力，平衡摩擦力后，使重力、阻力和支持力的合

9、力为零，则小车所受的拉力等于小车的合力实验原理与操作考点精讲2 2MMmm-使小车所受的拉力使小车所受的拉力“转换转换”为悬挂物重力为悬挂物重力M为小车质量，m为悬挂物质量系统加速度a g，小车所受的拉力FMaM mg，显然，当Mm时FmgmM+mmgM+m11+mM【注意】当研究对象为小车和悬挂物的系统时，在平衡【注意】当研究对象为小车和悬挂物的系统时，在平衡摩擦力条件下，系统的合力等于悬挂物重力，因此不需摩擦力条件下，系统的合力等于悬挂物重力，因此不需要满足要满足MMmm的条件的条件实验原理与操作例1图1为“验证牛顿第二定律”的实验装置示意图砂和砂桶的总质量为m，小车和砝码的总质量为M.实

10、验中用砂和砂桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小(1)实验中,为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力,先调节长木板一端滑轮的高度，使细线与长木板平行接下来还需要进行的一项操作是()A将长木板水平放置，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，给打点计时器通电，调节m的大小，使小车在砂和砂桶的牵引下运动，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动B将长木板的一端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，撤去砂和砂桶，给打点计时器通电，轻推小车，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动C将长木板的一端垫起适当的高度,撤去纸带以及砂和砂桶,轻推小车,观察判断小车是否做匀速运动(2)实验要进行质量m和M的

11、选取,以下最合理的一组是A.M200g,m10g,15g,20g,25g,30g,40gB.M200g,m20g,40g,60g,80g,100g,120gC.M400g,m10g,15g,20g,25g,30g,40gD.M400g,m20g,40g,60g,80g,100g,120g(3)图2是实验中得到的一条纸带，A、B、C、D、E、F、G为7个相邻的计数点，相邻的两个计数点之间还有四个点未画出量出相邻的计数点之间的距离分别为：sAB=4.22cm,sBC=4.65cm,sCD=5.08cm,sDE=5.49cm,sEF=5.91cm,sFG=6.34cm.已知打点计时器的工作频率为50

12、 Hz,则小车的加速度a=m/s2(结果保留两位有效数字)B BC C0.420.42数据处理与误差分析考点精讲本实验的偶然误差主要由质量的测量、计数点间距测量引起，可通过多次测量取平均值减小本实验的系统误差主要由两个因素产生，分析如下：1 1平衡摩擦力不准造成的误差平衡摩擦力不准造成的误差图线aF不通过原点，分两种情况：(1)当平衡摩擦力不够时，F0，a0.(2)当平衡摩擦力过度时，F0，a0.数据处理与误差分析考点精讲2 2由于不满足由于不满足MMmm引起的误差引起的误差图线aF和a 都向下弯曲，分析：(1)在aF图像中，根据a mg，M一定，当满足Mm时，图线斜率视为 不变，图线为直线不

13、满足Mm时，随着m增大，图线斜率减小，图线向下弯曲1M1M+m1M(2)在a 图像中，根据a mg ，m一定，当满足Mm时，图线斜率视为mg不变，图线为直线不满足Mm时，随着M减小，图线斜率减小，图线向下弯曲1M1M+mmg1+mM1M数据处理与误差分析例2某组同学设计了“探究加速度a与物体所受合力F及质量m的关系”实验.如图甲为实验装置简图,A为小车,B为电火花计时器,C为装有细砂的小桶,D为一端带有定滑轮的长方形木板,实验中认为细绳对小车拉力F等于细砂和小桶的总重力,小车运动的加速度a可用纸带上打出的点求得(1)如图乙为某次实验得到的纸带，已知实验所用电源的频率为50Hz.根据纸带可求出电

14、火花计时器打B点时的速度为 m/s，小车的加速度大小为 m/s2.(结果均保留两位有效数字)(2)在“探究加速度a与质量m的关系”时，某同学按照自己的方案将实验数据都在坐标系中进行了标注,但尚未完成图像(如图丙所示)请继续帮助该同学作出坐标系中的图像(3)在“探究加速度a与合力F的关系”时,该同学根据实验数据作出了加速度a与合力F的图线如图丁所示,该图线不通过坐标原点,试分析图线不通过坐标原点的原因.1.61.63.23.2实验前没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够实验前没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够数据处理与误差分析1如图所示小车打点计时器一电池是某同学利用教材提供的方案进行“探究加速度与力、质量

15、的关系”实验时，正要打开夹子时的情况，某同学指出了实验时的几个错误，其说法不正确的是（）A实验前没有平衡摩擦力B拉小车的细线应平行于水平桌面C实验电源应为交流电源D小车应靠近打点计时器且打点计时器应距左端较近D D数据处理与误差分析2在做探究加速度与力、质量的关系的实验时，下列说法中错误的是（）A应使砂和小桶的总质量远小于小车和砝码的总质量，以减小实验误差B可以用天平测出小桶和砂的总质量m1，小车和砝码的总质量m2，根据公式 求出小车的加速度C处理实验数据时采用描点法画图象，是为了减小误差D处理实验数据时采用a 图象，是为了便于根据图线直观地作出判断B B1M数据处理与误差分析3在用实验探究加

16、速度和力、质量的关系时，下列关于实验的思路和数据分析，不正确的是（）A实验的基本思想是：保持物体的质量不变，测量物体在不同力作用下的加速度，分析加速度与力的关系B实验的基本思想是：保持物体所受力相同，测量质量不同的物体在该力作用下的加速度，分析加速度与质量的关系C在处理实验数据中，以a为纵坐标，F为横坐标，根据数据在坐标系中描点，若这些点在一条过原点的直线上，说明a与F成正比D在处理实验数据时，以a为纵坐标，m为横坐标，根据数据在坐标系中描点，若这些点在一条过原点的直线上，说明a与m成正比D D数据处理与误差分析4在研究物体的“加速度、作用力和质量”三个物理量的关系时，我们用实验研究了小车“在

17、质量一定的情况下，加速度和作用力的关系”；又研究了“在作用力一定的情况下，加速度和质量之间的关系”。这种研究物理问题的科学方法是（）A建立理想模型的方法B控制变量法C等效替代法 D类比法B B数据处理与误差分析5某同学采用如图1所示的装置探究物体的加速度与所受合力的关系用砂桶和砂的重力充当小车所受合力F；通过分析打点计时器打出的纸带，测量加速度a分别以合力F和加速度a作为横轴和纵轴，建立坐标系根据实验中得到的数据描出如图2所示的点迹，结果跟教材中的结论不完全一致该同学列举产生这种结果的可能原因如下：(1)在平衡摩擦力时将木板右端垫得过高；(2)没有平衡摩擦力或者在平衡摩擦力时将木板右端垫得过低

18、；(3)测量小车的质量或者加速度时的偶然误差过大；(4)砂桶和砂的质量过大，不满足砂桶和砂的质量远小于小车质量的实验条件.通过进一步分析，你认为比较合理的原因可能是（）A(1)和(4)B(2)和(3)C(1)和(3)D(2)和(4)A A数据处理与误差分析6如图是某些同学根据实验数据画出的图像，下列说法中正确的是（）A形成图甲的原因是补偿阻力时长木板倾角过大B形成图乙的原因是补偿阻力时长木板倾角过小C形成图丙的原因是所挂槽码质量远小于小车质量D形成图丁的原因是所挂槽码质量与小车质量相当A DA D数据处理与误差分析7为了探究质量一定时加速度与力的关系,一同学设计了如图1所示的实验装置,其中M为

19、带滑轮的小车的质量,m为砂和砂桶的质量。(滑轮质量不计)（1）实验时，可以不要进行的操作是_。A.用天平测出砂和砂桶的质量B.将带滑轮的长木板右端垫高，以平衡摩擦力C.小车靠近打点计时器,先接通电源,再释放小车,打出一条纸带,同时记录弹簧测力计的示数D.改变砂和砂桶的质量，打出几条纸带E.为减小误差，实验中一定要保证砂和砂桶的质量m远小于小车的质量M（2）该同学在实验中得到如图2所示的一条纸带（两计数点间还有两个点没有画出），已知打点计时器采用的是频率为50Hz的交流电，根据纸带可求出小车的加速度为_m/s2（结果保留两位有效数字）。（3）以弹簧测力计的示数F为横坐标，加速度为纵坐标，画出的如

20、上图丙图象是一条直线，由图线与横坐标的夹角，求得图线的斜率为k，则小车的质量为_。A EA E1.31.3数据处理与误差分析8某实验小组利用图（a）所示实验装置探究加速度与力、质量的关系。（1）下列做法正确的是_。A调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行B在调节木板倾斜度来平衡木块受到的滑动摩擦力时，将装有砝码的小桶通过定滑轮拴在木块上C实验时，先放开木块，再接通打点计时器的电源（2）为使小桶及桶内砝码的总重力在数值上近似等于木块运动时受到的拉力，应满足的条件是:小桶及桶内砝码的总质量_（选填“远大于”“远小于”或“近似等于”）木块和木块上砝码的总质量。（3）甲、乙两同学分别用此装置研究加速度a与拉力F的关系。实验中，木块上均未放砝码，没有平衡摩擦力，分别得到图（b）中甲、乙两条直线。设甲、乙用的木块质量分别为m甲、m乙，甲、乙用的木块与木板间的动摩擦因数分别为甲、乙，由图（b）可知，m甲甲_m乙，甲_乙（均选填“大于”“小于”或“等于”）A A远小于远小于小于小于大于大于GOODBYE