2015-2016学年高中物理 第4章 2实验：探究加速度与力、质量的关系课件 新人教版必修1

自 主 学 习 · 基 础 知 识
2
实验：探究加速度与力、质量的关系
课 时 作 业
合 作 探 究 · 重 难 疑 点
一、实验目的 学会用控制变量法探究物理规律．全面正确地认识加速度 与力、质量的关系． 二、实验原理 1．加速度是表示物体运动速度变化快慢的物理量．根据事 实经验，加速度与物体的质量有关．物体受力一定时，质量越 小，加速度就越大．加速度还与物体受力的大小有关，物体质 量一定时，受力越大，其加速度越大．
－
6.保持托盘中所放重物的质量不变，在小车上加放砝码，并 测出小车与所放砝码的总质量 M，接通电源，放开小车，用纸 带记录小车的运动情况，取下纸带并在纸带上标上号码． 7．继续在小车上加放砝码，重复步骤6，多做几次实验， 在每次得到的纸带上标上号码． 8．计算出每次实验所得纸带的加速度值及小车与砝码的总 质量填入表格 2.
【解析】
本题主要考查对实验原理和实验步骤的理解和
分析，实验中把小桶及其中砂子的重力看做与小车所受拉力大 小相等，没有考虑摩擦力，故必须平衡摩擦力．电磁打点计时 器接在6 V电压的蓄电池上将无法工作，必须接在 6 V以下交流 学生电源上．作a－M关系图象，得到的是双曲线，很难作出正 1 确的判断，必须“化曲为直”，改作a－ 关系图象． M
2．图象法 (1)分析加速度和力的关系 依据表格 1，以加速度 a为纵坐标，以外力 F为横坐标，作出 a－ F关系图象，如图 4－ 2－ 3所示，由此得出结论．
图 4－ 2－ 3
(2)分析加速度和质量的关系 依据表格 2，以加速度 a为纵坐标，以小车及砝码的总质量 1 1 M或 为横坐标作出 a－ M或 a－ 关系图象，如图 4－ 2－ 4所 M M 示，据图象可以得出结论．
图 4－ 2－ 2
A．用天平称出小车和小桶及内部所装砂子的质量； B．按图装好实验器材； C．把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂砂桶； D．将电磁打点计时器接在 6 V电压的蓄电池上，接通电
源，放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，并在纸带 上标明小车的质量； E．保持小桶及其中砂子的质量不变，增加小车上的砝码个 数，并记录每次增加后的 M值，重复上述实验；
F．分析每条纸带，测量并计算出加速度的值； G．作 a－ M关系图象，并由图象确定 a－ M关系． (1)该同学漏掉的重要实验步骤是 ________，该步骤应排在 ________步骤之后． (2)在上述步骤中，有错误的是 ________，应把 ________改 为 ____________． (3)在上述步骤中，处理不恰当的是 ________，应把 ________改为 ________．
表格 2
实验 次数 1 2 3 4 5
物体受到的外力一定，加速度与质量的关系
小车与砝码 小车与砝码总质 1 量的倒数 /kg－ 1 M
加速度a/(m· s－2)
总质量M/kg
பைடு நூலகம்
实验探究一
原理
步骤
用如图所示的装置研究在作用力 F一定时，小车的 加速度 a与小车质量 M的关系，某位同学设计的实验步骤如下：
图 4－ 2－ 6
(2)该同学要探究小车的加速度 a和质量M的关系，应该保持 拉力不变；得到多组数据后他应描绘的图象是
1 ________选填a－M还是a－ . M
(3)该同学通过对数据的处理作出了 a－ F图象如图 4－ 2－ 7 所示，则
图 4－ 2－ 7 ①图中的直线不过原点的原因是 ____________． ②此图中直线发生弯曲的原因是 ____________．
0.7
5
1 (2)a－ M ②沙和沙桶的质量过大，
(3)①平衡摩擦阻力时角度过大 不再满足m≪M
实验探究三
误差分析
实验探究四
注意事项
(1)平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重物的质量还是改变小车及砝码的质 量，都不需要重新平衡摩擦力． (2)实验中必须满足小车和砝码的总质量远大于小盘和重物 的总质量．只有如此，重物和小盘的总重力才可视为与小车受 到的拉力相等．
2．控制变量法：加速度 a和质量m、受力F都有关系．研究 它们之间的关系时，先保持质量不变，测量物体在不同力的作 用下的加速度，分析加速度与力的关系；再保持物体所受的力 相同，测量不同质量的物体在该力作用下的加速度，分析加速 度与质量的关系．这种先控制一个参量不变，研究其余参量之 间变化关系，再控制另一个参量不变，研究其余参量之间变化 关系的方法叫控制变量法．
5．保持小车的质量不变，改变所挂重物的重力，重复步骤 4，多做几次实验，每次小车从同一位置释放，并记录好重物的 重力 m1g、 m2g„以及计算出相应纸带的加速度填入表格 1. 表格 1 物体的质量一定，加速度与受力的关系 实验次数 加速度a/(m· s 2) 小车受力 F/N 1 2 3 4 5
－
m/s＝
(2)在拉力一定时， a与 M成反比，故得到多组数据后他应描 1 绘的图象是 a－ ； M
(3)①由图象可知，当拉力为 0时小车的加速度大于 0，故直 线不过原点的原因是平衡摩擦阻力时角度过大； ②要使绳子所挂沙和沙桶的重力的大小作为细绳对小车拉 力的大小，必须使 m≪ M，否则将会出现较大误差，当沙和沙桶 的质量过大时，沙和沙桶的重力与绳的拉力有较大的差异，从 而产生很大的误差． 【答案】 (1)0.85
【答案】 (2)步骤D (3)步骤G
(1)平衡摩擦力
B 6 V以下交流学生电源
6 V电压的蓄电池 1 a－M a－ M
实验探究二
数据处理
本实验的数据处理可以采用计算法和图象法两种方法： 1．计算法 测得加速度或加速度之比(等于位移之比)后，通过计算看看 a1 F1 a1 M2 是否满足 ＝ 、 ＝ . a2 F2 a2 M1
(3)小车应靠近打点计时器且先接通电源再放手． (4)作图象时，要使尽可能多的点在所作直线上，不在直线 上的点应尽可能对称分布在所作直线两侧．离直线较远的点是 错误数据，舍去不予考虑．
【解析】
xDF 16.0＋ 18.0× 10 (1)vE＝ ＝ m/s＝ 0.85 m/s 2T 2× 0.02
－3
－3
10.0＋ 12.0＋ 14.0＋ 16.0＋ 18.0× 10 —— xAF v AF ＝ ＝ 5T 5× 0.02
3 2 × 10 Δx 2 2 2 0.7m/s；由 Δx＝ aT 可得 a＝ 2 ＝ 2 m/s ＝ 5 m/s ； T 0.02
三、实验器材 砝码，一端有定滑轮的长木板，细线，纸带，导线，夹 子，小盘，天平，小车，打点计时器，交流电源，复写纸，刻 度尺．
一、实验步骤 1．用天平测出小车和重物的质量分别为 M0、m0，并把数 值记录下来．
2．按图 4－ 2－ 1将实验器材安装好(小车上不系绳 )．
图 4－ 2－ 1
3．平衡摩擦力，在木板无滑轮的一端下面垫一薄木板，反 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 斜面上做匀速直线运动为止(纸带上相邻点间距相等 )． 4．将重物通过细绳系在小车上，接通电源放开小车，用纸 带记录小车的运动情况；取下纸带并在纸带上标上号码及此时 所挂重物的重力 m0g.
图 4－ 2－ 4
(3)实验结论：物体的加速度与作用在物体上的合外力成正 比，与物体的质量成反比．
(2014· 蒙自高一检测)在“探究加速度与力、质量的 关系”实验中，某同学使用了如图 4－ 2－ 5所示的装置，打点计 时器的打点频率为 50 Hz.
图 4－ 2－ 5
(1)该同学得到一条纸带，在纸带上取连续的六个计时点， 如图所示，相邻两点间的距离分别为 10.0 mm、 12.0 mm、 14.0 mm、 16.0 mm、 18.0 mm，则打 E点时小车的速度为 _____m/s， 打 A、 F两点的过程中小车的平均速度为 ________m/s，小车的 加速度为 ________m/s2.