物理三 加速度与物体质量、物体受力的关系.ppt
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1、实验三:加速度与物体质量、物体受力的关系实验三:加速度与物体质量、物体受力的关系01.理解实验原理,能设计实验方案,会处理实验数据理解实验原理,能设计实验方案,会处理实验数据2.掌握控制变量法,会进行误差分析掌握控制变量法,会进行误差分析1.实实验验目目的的:学学会会用用控控制制变变量量法法研研究究物物理理规规律律;探探究究加加速速度与力、质量的关系;掌握利用图象处理数据的方法度与力、质量的关系;掌握利用图象处理数据的方法2.实实验验器器材材:_、纸纸带带、复复写写纸纸(电电火火花花计计时时器器不不用用此此器器材材)、小小车车、一一端端附附有有_的的长长木木板板、小小盘盘、夹夹子子、细绳、交流
2、电源、导线、天平、刻度尺、砝码、小木块细绳、交流电源、导线、天平、刻度尺、砝码、小木块3.实实验验原原理理:采采取取_法法,即即先先控控制制小小车车的的质质量量m不不变变,探探究究加加速速度度a与与力力F的的关关系系;再再控控制制小小盘盘和和砝砝码码的的质质量量不不变,即力变,即力F不变,探究加速度不变,探究加速度a与小车质量与小车质量m的关系的关系打点计时器打点计时器定滑轮定滑轮 控制变量控制变量 4.实验装置:如图所示实验装置:如图所示5.实验步骤实验步骤(1)用天平测量小盘质量用天平测量小盘质量m和小车质量和小车质量m.(2)按按照照实实验验装装置置图图把把实实验验器器材材安安装装好好,
3、但但不不要要把把悬悬挂挂小小盘的细绳系在小车上盘的细绳系在小车上(即不给小车牵引力即不给小车牵引力)(3)平平衡衡摩摩擦擦力力:小小车车的的尾尾部部挂挂上上纸纸带带,纸纸带带穿穿过过打打点点计计时时器器的的限限位位孔孔,将将木木板板无无滑滑轮轮的的一一端端用用薄薄木木块块稍稍微微垫垫高高一一些些,使使小小车车在在不不挂挂小小盘盘和和砝砝码码的的情情况况下下,使使小小车车_下下滑滑,这这样样小小车车所所受受重重力力沿沿木木板板的的分分力力与与小小车车所所受受摩摩擦擦力力平平衡衡在在保保证证小小盘盘和和砝砝码码的的质质量量远远小小于于小小车车质质量量的的条条件件下下,可可以以近近似似认认为为小小盘
4、和砝码的总重力大小等于小车所受的合外力的大小盘和砝码的总重力大小等于小车所受的合外力的大小匀速匀速(4)小小盘盘通通过过细细绳绳绕绕过过滑滑轮轮系系于于小小车车上上,先先_后后_,取下纸带编号码,取下纸带编号码(5)保保持持小小车车质质量量m不不变变,改改变变砝砝码码和和小小盘盘的的质质量量m0,重重复复步骤步骤(4)(6)在每条纸带上选取一段比较理想的部分,测加速度在每条纸带上选取一段比较理想的部分,测加速度a.(7)描点作图,作描点作图,作a-F 图象图象接通电源接通电源放开小车放开小车6.实验结论实验结论物体的加速度与合外力成物体的加速度与合外力成_,与质量成,与质量成_7.误差分析误差
5、分析(1)因因实实验验原原理理不不完完善善引引起起的的误误差差:本本实实验验用用小小盘盘和和砝砝码码的的总总重重力力m0g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_于小盘和砝码的总重力于小盘和砝码的总重力(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、计计数数点点间间距距测测量不准确、纸带和细绳不严格与木板量不准确、纸带和细绳不严格与木板_都会引起误差都会引起误差反比反比 正比正比小小平行平行 8.注意事项注意事项(1)实验方法:控制变量法实验方法:控制变量法(2)平平衡衡摩摩擦擦力力:在在平平衡衡摩摩擦擦力力时时,不不要要_,但但小
6、小车车应应连连着着纸纸带带且且接接通通电电源源用用手手给给小小车车一一个个初初速速度度,如如果果在在纸纸带带上上打打出出的的点点的的间间隔隔是是_的的,表表明明小小车车受受到到的的阻阻力力跟跟它它的重力沿斜面向下的分力平衡的重力沿斜面向下的分力平衡(3)不不重重复复平平衡衡摩摩擦擦力力: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盘盘和和砝砝码码的的总总质质量量还还是是改改变变小小车车和和砝砝码码的的总总质质量量,都都不不需需要重新平衡摩擦力要重新平衡摩擦力悬挂小盘悬挂小盘均匀均匀(4)实实验验条条件件:m _ m0.只只有有如如此此,小小盘盘和和砝砝码码的的总总重力才可视为
7、小车受到的拉力重力才可视为小车受到的拉力(5)一一先先一一后后一一按按: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_,并并应应先先_,后后_,且应在小车到达滑轮前按住小车,且应在小车到达滑轮前按住小车(6)作作图图:作作图图时时两两轴轴标标度度比比例例要要适适当当各各量量须须采采用用国国际际单位这样作图线时,坐标点间距不至于过密,误差会小些单位这样作图线时,坐标点间距不至于过密,误差会小些 打点计时器打点计时器接通电源接通电源放开小车放开小车 1.实验原理实验原理本本实实验验利利用用盘盘和和重重物物通通过过细细线线牵牵引引小小车车做做加加速速运运
8、动动的的方方法法研研究究加加速速度度a与与力力F、质质量量m的的关关系系实实验验时时采采用用控控制制变变量量法法,共共分分两两步步研研究究:第第一一步步保保持持小小车车的的质质量量m不不变变,改改变变重重物物质质量量m0的的大大小小,测测出出小小车车运运动动的的加加速速度度a,验验证证a与与F的的关关系系;第第二二步步保持保持m0不变,改变不变,改变m的大小,测出相应的的大小,测出相应的a,验证,验证a与与m的关系的关系实验原理与实验操作实验原理与实验操作2.实验操作时的注意事项实验操作时的注意事项(1)在在本本实实验验中中,必必须须平平衡衡摩摩擦擦力力,在在平平衡衡摩摩擦擦力力时时,不不要要
9、把把重重物物系系在在小小车车上上,即即不不要要给给小小车车加加任任何何牵牵引引力力,让让小小车车拖拖着纸带运动着纸带运动(2)安安装装器器材材时时,要要调调整整滑滑轮轮的的高高度度,使使拴拴小小车车的的细细绳绳与与斜面平行,且连接小车和盘应在平衡摩擦力之后斜面平行,且连接小车和盘应在平衡摩擦力之后(3)改改变变小小车车的的质质量量或或拉拉力力的的大大小小时时,改改变变量量应应尽尽可可能能大大一一些些,但但应应满满足足盘盘和和重重物物的的总总质质量量远远小小于于小小车车和和车车上上砝砝码码的的总总质质量盘和重物的总质量不要超过小车和车上砝码总质量的量盘和重物的总质量不要超过小车和车上砝码总质量的
10、10%.(4)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,且且应应在在小小车车到到达达滑轮前按住小车滑轮前按住小车典典题题演演示示1(2016泰泰州州一一模模)为为了了“探探究究加加速速度度与与力力、质质量的关系量的关系”,现提供如图甲所示的实验装置:,现提供如图甲所示的实验装置:甲甲(1)以下实验操作正确的是以下实验操作正确的是_A.将将木木板板不不带带滑滑轮轮的的一一端端适适当当垫垫高高,使使小小车车在在砝砝码码及及砝砝码码盘牵引下恰好做匀速运动盘牵引下恰好做匀速运动B.
11、调节滑轮的高度,使细线与木板平行调节滑轮的高度,使细线与木板平行C.先接通电源后释放小车先接通电源后释放小车D.实验中小车的加速度越大越好实验中小车的加速度越大越好BC(2)在在实实验验中中,得得到到一一条条如如图图乙乙所所示示的的纸纸带带,已已知知相相邻邻计计数数点点间间的的时时间间间间隔隔为为T0.1s,且且间间距距s1、s2、s3、s4、s5、s6已已量量出出,则则小小车车加加速速度度a_m/s2.(结结果果保保留留两两位位有有效效数字数字)乙乙 0.330.34(3)有有一一组组同同学学保保持持小小车车及及车车中中的的砝砝码码质质量量一一定定,探探究究加加速速度度a与与所所受受外外力力
12、F的的关关系系,他他们们在在轨轨道道水水平平和和倾倾斜斜两两种种情情况况下下分分别别做做了了实实验验,得得到到了了两两条条aF图图线线,如如图图丙丙所所示示图图线线_(填填“”或或“”)是是在在轨轨道道倾倾斜斜情情况况下下得得到到的的小小车车及及 车车 中中 的的 砝砝 码码 总总 质质 量量 m_kg.丙丙0.5数据处理与误差分析数据处理与误差分析本本实实验验用用小小盘盘和和砝砝码码的的总总重重力力m0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小小盘盘和和砝砝码码的的总总重重力力小小盘盘和和砝砝码码的的总总质质量量越越接接近近于于小小车车的的质质量
13、量,误误差差越越大大;反反之之,小小盘盘和和砝砝码码的的总总质质量量越越小小于于小小车车的的质质量量,由由此此引引起起的的误误差差就就越越小小因因此此,满满足足小小盘盘和和砝砝码码的的总总质质量量远远小小于于小小车车的的质质量量的的目目的的就就是是为为了了减减小小因实验原理不完善而引起的误差因实验原理不完善而引起的误差(3)平平衡衡摩摩擦擦力力不不准准造造成成误误差差在在平平衡衡摩摩擦擦力力时时,除除了了不不挂挂盘盘和和重重物物外外,其其他他的的都都应应跟跟正正式式实实验验一一样样(比比如如要要挂挂好好纸纸带带、接接通通打打点点计计时时器器),匀匀速速运运动动的的标标志志是是打打点点计计时时器
14、器打打出出的的纸纸带带上上各各点间的距离相等点间的距离相等典典题题演演示示2(2016南南通通一一模模)某某小小组组利利用用如如图图甲甲所所示示的的装装置置验验证证牛牛顿顿第第二二定定律律实实验验中中,他他们们平平衡衡了了摩摩擦擦力力,用用天天平平测测出出小小车车的的总总质质量量,用用细细线线所所挂挂钩钩码码的的总总重重力力代代替替小小车车所所受受的的牵牵引力大小引力大小F.甲甲(1)他他们们还还在在实实验验时时调调节节木木板板上上定定滑滑轮轮的的高高度度,使使牵牵引引小小车车的细线与木板平行这样做的目的是的细线与木板平行这样做的目的是_A.避免小车在运动过程中发生抖动避免小车在运动过程中发生
15、抖动B.使打点计时器在纸带上打出的点迹清晰使打点计时器在纸带上打出的点迹清晰C.保证小车最终能够做匀速直线运动保证小车最终能够做匀速直线运动D.使细线拉力等于小车受到的合力使细线拉力等于小车受到的合力D(2)实实验验得得到到一一条条点点迹迹清清晰晰的的纸纸带带如如图图乙乙所所示示,O、A、B、C、D是是在在纸纸带带上上选选取取的的计计数数点点,相相邻邻计计数数点点间间还还有有4个个打打的的点点未未画画出出AB、CD间间的的距距离离分分别别为为x1、x2,打打点点计计时时器器的的打打点点周周期为期为T,则小车运动的加速度大小为,则小车运动的加速度大小为_乙乙 丙丙(4)实实验验中中画画出出的的a
16、F图图线线与与理理论论计计算算得得到到的的图图线线(图图中中已已画画出出)有有明明显显偏偏差差,其其原原因因主主要要是是_ _.【解解析析】(1)平平衡衡摩摩擦擦后后,细细线线的的拉拉力力就就是是小小车车受受到到的的合合力力,用用所所挂挂钩钩码码的的重重力力替替代代,如如果果细细线线不不与与木木板板平平行行,细细线线拉拉力就会影响小车对斜面的压力,从而引起摩擦力的变化力就会影响小车对斜面的压力,从而引起摩擦力的变化(2)利利用用匀匀变变速速运运动动的的判判别别式式和和逐逐差差法法x2x12at2,时时间间间隔为间隔为t5T0.1s.(3)(4)不不满满足足小小车车质质量量远远大大于于所所挂挂钩
17、钩码码质质量量时时,钩钩码码质质量量不能忽略,图象的斜率会随着钩码质量的增大而减小不能忽略,图象的斜率会随着钩码质量的增大而减小不满足小车质量远大于所挂不满足小车质量远大于所挂钩码质量钩码质量探探究究物物体体加加速速度度与与质质量量的的关关系系的的实实验验中中可可以以用用气气垫垫导导轨轨来来代代替替长长木木板板,这这样样就就省省去去了了平平衡衡小小车车摩摩擦擦力力的的麻麻烦烦;加加速速度度是是通通过过分分析析纸纸带带求求得得的的,力力是是用用沙沙桶桶的的重重力力近近似似得得出出的的,如如果果能能用用别别的的方方法法(如如传传感感器器)间间接接或或直直接接地地测测出出加加速速度度及及力力完完成成
18、探探究究,就就是是创创新新设设计计如如果果能能利利用用打打点点计计时时器器及及本本实实验验控控制制变变量量法法的的原理研究其他问题,也是创新原理研究其他问题,也是创新 实验拓展与创新实验拓展与创新这这类类问问题题,在在考考试试中中越越来来越越多多,常常常常就就是是“穿穿着着实实验验外外衣衣”的的中中等等难难度度的的推推理理、论论证证类类题题目目,需需引引起起重重视视创创新新设设计计题题的的特特点点是是“源源于于教教材材,又又高高于于教教材材”“题题在在书书外外,理理在在书书中中”分分析析方方法法是是:首首先先要要审审清清题题意意,猜猜测测命命题题者者意意图图,明明确确实实验验目的,然后联想和迁
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