高中物理第四章牛顿运动定律4.2实验探究加速度与力质量的关系讲义新人教版必修.ppt

,2,实验,:,探究加速度与力、质量的关系,【,实验过程,】,一、实验步骤,1.,用天平测出小车、重物,(,含小盘,),的质量分别为,m,0,、,M,0,并把数值记录下来。,2.,按图将实验器材安装好,(,小车上不系绳,),。,3.,平衡摩擦力。在长木板无定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质量,M,0,计算出重物的重力,M,0,g,。,5.,保持小车的质量不变,改变所挂重物的质量,从而改变拉力,重复步骤,4,多做几次实验,并记录好相应重物的质量,进而计算出重物的重力,M,1,g,、,M,2,g,6.,保持小车所受合外力不变,在小车上加放砝码,并测出小车与所放砝码的总质量,m,1,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并测出每次实验小车与所放砝码的总质量,m,2,、,m,3,8.,在每条纸带上都选取一段比较理想的部分,标明计数点,测量计数点之间的距离,算出每条纸带上加速度的值。,结合步骤,5,填写表一。,表一,:,物体的质量一定,加速度与受力的关系,实验序号,加速度,a/(m,s,-2,),小车受力,F/N,1,2,3,4,结合步骤,7,填写表二。,表二,:,物体受到的合外力一定,加速度与质量的关系,实验,序号,加速度,a/(m,s,-2,),小车与砝码总质量,m/kg,小车与砝码总质量的倒数,/kg,-1,1,2,3,4,二、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后,通过计算看看,是否满足,2.,图象法,:,(1),物体的质量一定,分析加速度与力的关系。,以,a,为纵坐标,以,F,为横坐标建立坐标系,根据各组数据在坐标系中描点,利用图象找规律,如图所示。如果,a-F,图线是一条过原点的直线,则可以得出结论,:,质量不变时,加速度与力成正比。,(2),物体的受力一定,分析加速度与质量的关系。,“,a,与,m,成反比”实际上就是“,a,与 成正比”。以,a,为,纵坐标,以 为横坐标建立坐标系,如果,a-,图线是一,条过原点的直线,则可得出结论,:,物体受力一定时,加速,度与质量成反比。,【,实验探究,】,1.,小车下滑过程受哪些力的作用,?,其合力等于砝码和盘的重力吗,?,提示,:,小车下滑过程中受到重力、绳的拉力、木板的支持力及摩擦力作用。在完全平衡摩擦力的前提下,小车受到的合力就等于绳的拉力。绳的拉力实际上小于砝码和盘的重力,只有满足砝码和盘的总质量远小于小车的质量时,才可认为绳的拉力近似等于砝码和盘的重力。,2.,小车运动过程中要受到木板给它的摩擦力,怎样平衡这个摩擦力,?,提示,:,将木板无定滑轮的一端稍微垫高一些,目的是用小车重力沿斜面向下的分力来平衡摩擦力。,在木板无定滑轮的一端下面垫上一块薄木板,反复移动薄木板的位置,直到小车不挂重物时能在木板上匀速运动为止。,3.,在探究加速度与力、质量的关系的实验中平衡了摩擦力后,改变重物的质量,或者改变小车的质量,是否还需要重新平衡摩擦力,?,提示,:,平衡摩擦力是指小车所受的重力沿斜面的分力与小车所受摩擦阻力大小相等,即,mgsin,=,mgcos,等式两边,m,可消去,所以平衡摩擦力后,不管是改变重物的质量还是改变小车的质量,都不需重新平衡摩擦力。,4.,在探究加速度与外力间的关系时,得到的图象如图中甲和乙所示,则出现此种现象的原因是什么,?,提示,:,甲图说明平衡摩擦力时,木板倾角过大了,即拉力,F=0,时,已产生加速度,此加速度是由小车重力的分力形成的。乙图说明平衡摩擦力不够或根本没有平衡摩擦力,因为当拉力增大到一定程度时才产生加速度。,5.,在分析,F,一定,a,与,m,的关系时,为什么画,a-,图象而不画,a,与,m,的图象,?,提示,:,在实验中如果发现一个量,x,与另一个量,y,成反比,那么,x,就应与,成正比。据此,我们可以将反比函数的曲线转化为正比函数的直线。因为在处理数据时,判断一条直线是否为正比函数图象,比判断一条曲线是否为反比函数图象要简单得多。,类型,1,实验原理及注意事项,【,典例,1】,如图所示是某同学探究加速度与力、质量的关系时,已接通电源正要释放纸带时的情况,请你指出该同学的五个差错。,(1),电源,_,。,(2),电磁打点计时器位置,_,_,_,。,(3),滑轮位置,_,_,_,。,(4),小车位置,_,_,_,。,(5),长木板,_,_,_,。,【,解析,】,探究加速度与力、质量的关系时,电磁打点计时器应使用低压,(6V),交流电源,且要固定在长木板无滑轮的一端,即应靠右端,;,释放纸带时小车应靠近打点计时器,;,连接小车的细线应保持与木板平行,故应调节滑轮位置使拉线与木板平行,;,实验时应平衡摩擦力,使小车所受重力沿斜面方向的分力与小车所受摩擦力平衡,故应垫高长木板右端平衡摩擦力。,答案,:,(1),应用,6V,交流电源,(2),应靠右端,(3),应使拉线与木板平行,(4),应靠近打点计时器,(5),应垫高右端平衡摩擦力,类型,2,实验数据的处理,【,典例,2】,(2017,绍兴高一检测,),在做“探究加速度与力、质量的关系”的实验时,计算出各纸带的加速度后,将测得的反映加速度,a,和,F,关系的有关数据记录在表,1,中,将测得的反映加速度,a,和质量,M,关系的有关数据记录在表,2,中。,表,1,表,2,a/m,s,-2,1.98,4.06,5.95,8.12,F/N,1.00,2.00,3.00,4.00,a/m,s,-2,2.04,2.66,3.23,3.98,/(kg,-1,),0.50,0.67,0.80,1.00,(1),根据表中所列数据,分别画出,a-F,和,a-,图象。,(2),从图象可以判定,:,当,M,一定时,a,与,F,的关系为,_;,当,F,一定时,a,与,M,的关系为,_,。,(3),由,a-F,图象可知,M=_,。,(4),由,a-,图象可知,F=_,。,(,保留一位有效数字,),【,解析,】,(1),描点连线,得,a-F,、,a-,图象如图甲和图乙所示。,(2),从图象可以看出,当,M,一定时,a,与,F,成正比例关系,;,当,F,一定时,a,与,M,成反比例关系。,(3),由,a-F,图象可知,M,为图线的斜率的倒数,则,M=0.5kg,。,(4),由,a-,图象可知,F,为图线的斜率,则,F=4N,。,答案,:,(1),图见解析,(2),正比例关系反比例关系,(3)0.5kg,(4)4N,【,类型,】,实验创新设计,【,典例,】,某同学设计了如图所示的装置来探究加速度与力的关系。,弹簧测力计固定在一合适的木板上,桌面的右边缘固定一支表面光滑的铅笔以代替定滑轮,细绳的两端分别与弹簧测力计的挂钩和矿泉水瓶连接。在桌面上画出两条平行线,MN,、,PQ,并测出间距,d,。开始时将木板置于,MN,处,现缓慢向瓶中加水,直到木板刚刚开始运动为止,记下弹簧测力计的示数,F,0,以此表示滑动摩擦力的大小。再将木板放回原处并按住,继续向瓶中加水后,记下弹簧测力计的示数,F,1,然后释放木板,并用停表记下木板运动到,PQ,处的时间,t,。,(1),木板的加速度可以用,d,、,t,表示为,a=_;,为了减小测量加速度的偶然误差,可以采用的方法是,_(,写一种即可,),。,(2),改变瓶中水的质量重复实验,确定加速度,a,与弹簧测力计示数,F,1,的关系。下列图象中能表示该同学实验结果的是,_,。,(3),用加水的方法改变拉力的大小与挂钩码的方法相比,它的优点是,_,。,a.,可以改变滑动摩擦力的大小,b.,可以更方便地获取多组实验数据,c.,可以比较精确地测出摩擦力的大小,d.,可以获得更大的加速度以提高实验精度,【,解析,】,(1),木板由静止开始做匀加速运动,有,d=at,2,解得,a=,(2),木板所受的合外力为,F,1,-F,0,因此,F,1,-F,0,与加速度,a,成正比,;,此实验要求水的质量必须远小于木板的质量,当矿泉水瓶中水的质量逐渐增大到一定量后,图象将向下弯曲,所以能够表示该同学实验结果的图象是图,C,。,(3),由于水的质量可以几乎连续变化,所以可以比较精确地测出摩擦力的大小,可以方便地获取多组实验数据,故选项,b,、,c,正确。,答案,:,(1),保持,F,1,不变,重复实验,多次测量,求平均值,(2)C,(3)b,、,c,