2018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2课件新人教版必修1.ppt

1、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m0、M0,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M0,计算出重物的重力M0g。,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

2、物的质量,进而计算出重物的重力M1g、M2g 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m1,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m2、m3,8.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,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,二、数据处理 本实验的数据处理可以

3、采用计算法和图像法两种方法： 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.图像法： (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,利用图像找规律,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

4、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

5、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,得到的图像如图中甲和乙所示,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- 图像而不画a与m的图像

6、? 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像,比判断一条曲线是否为反比函数图像要简单得多。,类型1 实验原理及误差分析 【典例1】(2014新课标全国卷)某同学利用图甲所示实验装置及数字化信息系统获得了小车加速度a与钩码的质量m的对应关系图,如图乙所示。实验中小车(含发射器)的质量为200g,实验时选择了不可伸长的轻质细绳和轻定滑轮,小车的加速度由位移传感器及与之相连的计算机得到。回答下列问题：,(1)根据该同学的结果,小车的加速度与钩码的质量成_(选填“线性”或

7、“非线性”)关系。 (2)由图乙可知,a-m图线不经过原点,可能的原因是_。 (3)若利用本实验装置来验证“在小车质量不变的情况下,小车的加速度与作用力成正比”的结论,并直接以钩码所受重力mg作为小车受到的合外力,则实验中应采取的改进措施是_,钩码的质量应满足的条件是_。,【解析】(1)根据图中描出的各点,作出的图像不是一条直线。(2)图像不过原点,有拉力但没有加速度,原因是摩擦力的影响。(3)平衡摩擦力之后,在满足钩码质量远小于小车质量的条件下,可以得出小车质量不变情况下拉力与加速度成正比的结论。 答案：(1)非线性 (2)存在摩擦力 (3)调整轨道倾斜度以平衡摩擦力 远小于小车质量,类型2

8、 实验数据的处理 【典例2】(2015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,(1)根据表中所列数据,分别画出a-F和a- 图像。,(2)从图像可以判定：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图像可知M=_。 (4)由a- 图像可知,F=_。(保留一位有效数字),【解析】(1)描点连线,得a-F、a- 图像如图甲和图乙所示。,(2)从图像可以看出,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图像可知,M为图线的斜率的倒数,则M=0.5kg。 (4)由a- 图像可知,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,