（浙江选考）2020版高考物理一轮复习实验3探究加速度与力、质量的关系课件.pptx

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1、实验3 探究加速度与力、质量的关系,一 实验目的,三 实验器材,四 实验步骤,五 数据处理,教材研读,六 注意事项,七 误差分析,二 实验原理,考点一 实验原理与实验操作,考点二 实验数据处理与误差分析,考点三 实验拓展与实验创新,考点突破,一、实验目的,教材研读,1.学会用 控制变量 法研究物理规律。 2.探究加速度与力、质量的关系。 3.掌握灵活运用图像处理问题的方法。,二、实验原理 本实验的实验装置图如图所示:,四、实验步骤 1.测量:用 天平 测量出小盘和砝码的总质量m和小车的质量m。 2.安装:按照实验装置图把实验器材安装好,只是不把悬挂小盘的细绳系 在小车上(即不给小车牵引力)。

2、3.平衡摩擦力:在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一薄木块,使小车 在不挂砝码和小盘的情况下能 匀速 下滑。 4.实验操作 (1)将小盘通过细绳绕过定滑轮系于小车上,小车停在打点计时器处,先 接通电源 ,后 放开小车 ,打出一条纸带,取下纸带编号码。,六、注意事项 1.在平衡摩擦力时,不要把悬挂小盘的细绳系在小车上,即不要给小车加 任何牵引力,并要让小车拖着纸带匀速运动。,2.实验步骤2、3不需要重复,即整个实验平衡了摩擦力后,不管以后是改 变小盘和砝码的总质量还是改变小车和砝码的总质量,都不需要重新平 衡摩擦力。 3.每条纸带必须在满足小车与车上所加砝码的总质量远大于小盘和盘 内砝码的总质量

3、的条件下打出。只有如此,小盘和盘内砝码的总重力才 可视为小车受到的拉力。 4.改变拉力和小车质量后,每次开始时小车应尽量靠近打点计时器,并应 先接通电源,再放开小车,且应在小车到达滑轮前按住小车。,5.作图像时,要使尽可能多的点落在所作直线上,不在直线上的点应尽可 能均匀分布在所作直线两侧。 6.作图时两轴标度比例要选择适当,各量须采用国际单位制中单位。这 样作图线时,坐标点间距不至于过密,误差会小些。 7.为提高测量精度 (1)应舍掉纸带上开头比较密集的点,在后边便于测量的地方找一个起点。 (2)可以把每打五次点的时间作为时间单位,即从开始点起,每五个点标 出一个计数点,而相邻计数点间的时间

4、间隔为T=0.1 s。,七、误差分析 1.质量的测量误差,纸带上打点计时器打点间隔距离的测量误差,细绳或 纸带与木板不平行造成的误差。 2.因实验原理不完善造成误差:本实验中用小盘和砝码的总重力代替小 车受到的拉力(实际上小车受到的拉力要小于小盘和砝码的总重力),存 在系统误差。小盘和砝码的总质量越接近小车的质量,误差就越大;反 之,小盘和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:在平衡摩擦力时,除了不挂小盘外,其他的 都跟正式实验一样(比如要挂好纸带、接通打点计时器),匀速运动的标 志是打点计时器打出的纸带上各点的距离相等。,例1 如图所示是“探究加速度与力、质

5、量的关系”实验装置:(1)下图是实验时平衡阻力的情形,其中正确的是 (选填字母),(2)在平衡阻力后,当小车总质量 (填“远大于”“远小于”或 “近似等于”)小盘及盘内物体的总质量时,小盘及盘内物体的总重力 大小近似等于小车运动时所受的拉力大小。实验时可通过增减小盘中 (选填“50 g砝码”或“1 g砝码”)的个数来改变拉力的大小。,答案 (1)C (2)远大于 1 g砝码,解析 (1)平衡摩擦力时,不挂托盘和砝码,将不带滑轮的一端垫起,使小 车所受的重力沿斜面向下的分力与小车受到的摩擦力平衡,故C正 确,A、B错误。 (2)设绳子上的拉力为F,根据牛顿第二定律,对小车有:F=Ma,对小盘及盘

6、内物体有:mg-F=ma,联立可得:F= ,由此可知,当小车总质量M远大于小盘及盘内物体m时,绳对小车的拉力大小近似等于小盘及盘内物体的重力。由上可知,实验时可通过增减小盘中1 g砝码的个数来改变拉力的大小。,变式1 用图甲所示的实验装置探究加速度与力、质量的关系。 (1)完成平衡摩擦力的相关内容: A.取下沙桶,把木板不带滑轮的一端垫高; B.接通打点计时器电源,轻推小车,让小车拖着纸带运动,如果打出的纸 带如图乙所示,则应 (选填“增大”“减小”或“不改变”)木 板的倾角,反复调节,直到纸带上打出的点迹 为止。 (2)某同学实验时得到如图丙所示的a-F图像(沙和沙桶质量远小于小车 质量),

7、则该同学探究的是:在 条件下,成正比。(3)上题中若沙和沙桶质量过大,不能远小于小车质量,则可能会出现下 列哪种图像 。,造成的,应减小木板的倾角,反复调节,直到纸带上打出的点迹间隔相等 为止。 (2)该实验中使用了控制变量法,在探究a与F的关系时,小车质量应保持 不变,即小车的重力一定;由图丙所示的a-F图像可知,小车的加速度与其 所受拉力成正比。 (3)由于没有满足小车质量远大于沙和沙桶质量,则当拉力较大时加速 度与沙和沙桶重力不成正比,图线上部向下弯曲,故选B。,变式2 用如图所示的实验装置可以验证加速度与物体质量、物体受 力的关系。小车上固定一个盒子,盒子内盛有沙子,沙桶的总质量(桶以

8、 及桶内沙子质量)记为m,小车的总质量(车、盒子及盒内沙子质量)记为 M。(1)验证在质量不变的情况下,物体加速度与所受合外力成正比。从盒,子中取出一些沙子,装入沙桶中,称量并记录沙桶的总重力mg,将该力视 为合外力F,通过打下的纸带计算得出对应的加速度a。多次改变合外 力F的大小,每次都会得到一个相应的加速度。本次实验中,桶内的沙子 取自小车中,故系统的总质量不变。以合外力F为横轴,以加速度a为纵 轴,画出a-F图像,图线是一条过原点的直线。 a-F图线斜率的物理意义是 。 你认为把沙桶的总重力mg当做合外力F是否合理? 答: (选填“合理”或“不合理”)。,本次实验中,是否应该满足Mm这样

9、的条件? 答: (选填“是”或“否”)。理由是: 。 (2)验证在物体所受合外力不变的情况下,其加速度与质量成反比。保 持桶内沙子质量不变,在盒子内添加或去掉一些沙子,验证加速度与质 量的关系。本次实验中,桶内的沙子总质量不变,故系统所受的合外力 不变。用图像法处理数据时,以加速度a为纵轴,应该以 的倒数 为横轴。,例2 用如图所示装置来完成“探究加速度与力、质量的关系”实验。(1)(多选)下列操作需要且正确的有 。,A.将长木板带定滑轮的一端适当垫高,以消除摩擦力的影响 B.用天平测出小车的质量M和钩码的质量m,当M远大于m时,可近似认 为小车受到的拉力F=mg C.正确安装好装置后,将小车

10、停在靠近打点计时器处,先接通电源,待计 时器稳定工作后再释放小车 D.选取点迹清晰的纸带,必须以打的第一个点为计数起始点进行测量 (2)某小组的同学用该实验装置探究加速度与质量之间的关系,保持拉 力不变,改变小车的质量,第三次打出的纸带如图,O为计数起始点,选取,的计数点为1、2、3、4、5、6,相邻两点之间还有四个点没标出,纸带 上标出了各计数点到O点的距离,打点计时器的工作频率为50 Hz。 第三次实验测得小车的加速度是 m/s2。,(3)多次实验得到的数据记录在上表中,为探 究加速度与质量的关系,请根据实验测得的 数据,建立合理的坐标系,描出相应的关系 图像。 根据图像可知:在物体所受外

11、力一定时, 物体的加速度与质量 。物体所 受合外力为 N。,(3)图乙所示为某次实验得到的纸带,根据纸带可求出小车的加速度大 小为 3.19 m/s2; (4)保持小盘及盘中砝码的质量不变,改变小车质量m,分别得到小车的 加速度a与小车质量m及对应的 的数据如下表:,请在如图所示的坐标纸中画出a- 的图像,并由图像求出小车的加 速度a与其质量的倒数 之间的关系式是 。,答案 (1)需要 (2)(远小于) (3)3.19 (4)图见解析 a=,解析 (1)根据实验原理可知,只有平衡摩擦力后才可以将砂和桶的总 重力看做小车的拉力,所以需要平衡摩擦力。 (2)根据实验原理可知,砂和桶的总质量m远小于

12、小车的总质量M时,可将 砂和桶的总重力看做小车受到的拉力。 (3)交流电的频率为50 Hz,则题图乙中两相邻点间的时间间隔T=0.02 s。由x=at2,t=2T得,a= m/s2=3.19 m/s2,变式4 在做“探究加速度与力、质量关系”的实验时,采用如图1所示 的实验装置,让重物通过轻绳绕过滑轮拉动小车在长木板上做匀加速直 线运动。其中小车质量用M表示,重物质量用m表示,加速度用a表示。,(1)图2是实验中获得的一条纸带的一部分,1、2、3、4、5、6、7是计 数点,每相邻两计数点间还有4个点(图中未画出),计数点间的距离如图 所示。其中s1=7.05 cm、s2=7.68 cm、s3=

13、8.33 cm、s4=8.95 cm、s5=9.61 cm、s6=10.26 cm,根据图中数据将表格补充完整。,由纸带用公式法求出小车的加速度a= m/s2(保留2位有效数字)。,(2)在“探究加速度与质量的关系”时,保持砝码和小桶质量不变,改变 小车质量M,分别得到小车加速度a与质量M的数据如表:,为直观反映F不变时a与M的关系,请根据表格数据,在方格坐标纸中选择恰当物理量建立坐标系,并作出图线。(3)上题中该小车受到的拉力F为 N。(保留2位有效数字),(3)据牛顿第二定律,对小车有:F=Ma,任找一组数据可求得F=0.50 N。,例3 某实验小组用如图所示的装置探究质量一定时物体加速度

14、与其 受到的合外力的关系。用铁架台将两块固定有定滑轮的木板架起,木板 的右端固定了两个打点计时器,将两个质量相等的小车A、B放置在木 板右端,用细线绕过滑轮组后与两小车相连。两条纸带穿过打点计时器 后分别与小车连接在一起。将两个打点计时器接在同一个电源上,确保 可将它们同时打开或关闭。实验时,甲同学将两小车按住,乙同学先在 动滑轮下方挂上一个钩码,再接通电源使打点计时器开始工作。打点稳 定后,甲将两辆小车同时释放,在小车撞到定滑轮前,乙断开电源,两打点,计时器同时停止工作。取下两条纸带,通过分析处理纸带记录的信息, 可以求出两小车的加速度,进而完成实验。请回答以下问题:,(1)下图为小车A后面

15、的纸带,纸带上的0、1、2、3、4、5、6为每隔4个 点选取的计数点,相邻两计数点间的距离如图中标注,单位为cm。打点 计时器所用电源的频率为50 Hz,则小车A的加速度a1= m/s2(结 果保留两位有效数字)。同样测出小车B的加速度a2,若a1a2近似等于 ,就可说明质量一定的情况下,物体的加速度与其受到的合外 力成正比。,(2)丙同学提出,不需测出两小车加速度的数值,只量出两条纸带上第一 个点到最后一个点间的距离x1、x2,也能完成实验探究。他的验证方法 是 ,理由是 。 (3)(多选)下列操作中,对减少实验误差有益的是 。 A.换用质量大一些的钩码 B.换用质量大一些的小车 C.调整定

16、滑轮的高度,使牵引小车的细线与木板平行 D.平衡小车运动时受到的摩擦力时,将细线与小车连接起来,答案 (1)0.48 12 (2)比较x1x2是否近似等于12 小车从静止开始运动,两条纸带上最 初和最末两个点间的时间间隔相等,由x= at2可知,两纸带上初末两点间 距离之比等于两小车加速度之比。 (3)AC,解析 (1)由纸带可知,小车A的加速度a1= ,式中T=0. 1 s,代入数据可知a1= =0.48 m/s2;由装置可知,B车受的拉力FTB等于A车所受拉力FTA的2倍,若a1a2= =12,就可说明质量一定的情况下,物体的加速度与其受到的 合外力成正比。 (2)丙同学的验证方法是:比较

17、x1x2是否近似等于12;小车从静止开始 运动,两条纸带上最初和最末两个点间的时间间隔相等,由x= at2可知,两纸带上初末两点间距离之比等于两小车加速度之比。 (3)换用质量大一些的钩码,可减小实验的相对阻力,使得测量更准确,A 正确;换用质量大一些的小车,会增大阻力,加大误差,B错误;调整定滑轮 的高度,使牵引小车的细线与木板平行,可减小实验的误差,C正确;平衡 小车运动时受到的摩擦力时,应不连接细线,只让小车拖着纸带运动,D 错误。,变式5 如图甲为用拉力传感器和速度传感器探究“加速度与物体受 力的关系”实验装置。用拉力传感器记录小车受到拉力的大小,在长木 板上相距L=48.0 cm的A

18、、B两点各安装一个速度传感器,分别记录小车 到达A、B时的速率。,乙 (1)下表中记录了实验测得的几组数据, - 是两个速度传感器所记录,速率的平方差,则加速度的表达式为a= ,请将表中第3次的实验 数据填写完整(结果保留三位有效数字);,(2)由表中数据,在图乙坐标纸上作出a-F关系图线; (3)对比实验结果与理论计算得到的关系图线(图乙中已画出理论图线), 造成偏差的原因是 。,答案 (1) (2)见解析 (3)没有完全平衡摩擦力或拉力传感器读 数偏大,解析 (1)根据匀变速直线运动的位移与速度公式v2- =2ax,可以求出a = ,代入数据解得a2.44 m/s2。 (2)根据表中数据,

19、得出图像如图所示: (3)对比图像可知,实际图像没有过原点 而是和横坐标有交点,造成偏差的原因 为没有完全平衡摩擦力或拉力传感器 读数偏大。,变式6 如图所示为阿特伍德机的示意图,它是早期测量重力加速度的 装置,由英国数学家和物理学家阿特伍德于1784年制成。他将质量相同 的重物用细绳连接后(用M表示一个重物的质量),跨过光滑的轻质滑轮, 且重物处于静止状态。再在一个重物上附加一质量为m的小重物,这时, 由于小重物的重力而使系统做初速度为零的加速运动并测出加速度,完 成一次实验后,换用不同质量的小重物,重复实验,测出不同m时系统的 加速度。,(1)(多选)若选定如图甲左侧物块从静止开始下落的过

20、程进行测量,则需 要测量的物理量有 。 A.小重物的质量m,B.绳子的长度 C.重物下落的距离及下落这段距离所用的时间 (2)经过多次重复实验,得到多组a、m数据,作出 - 图像(各物理量均为 国际单位制单位),如图乙所示,已知该图像斜率为k,纵轴截距为L,则可 求出当地的重力加速度g= ,并可求出重物质量M= 。,答案 (1)AC (2),解析 (1)对整体分析,根据牛顿第二定律得mg=(2M+m)a,解得a= ,根据h= at2,则有g= 。所以需要测量的物理量有:小重 物的质量m、重物下落的距离及下落这段距离所用的时间。故 选A、C。 (2)因为a= ,则 = + ,可知图线斜率k= ,纵轴截距L= ,解 得g= ,M= 。,