1、2實驗:探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系必備知識自我檢測一、實驗?zāi)康?.學(xué)會用控制變量法研究物理規(guī)律。2.探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系。3.學(xué)會用圖像法處理數(shù)據(jù),得出結(jié)論。二、實驗原理用控制變量法分別來探究加速度與合外力、質(zhì)量的關(guān)系。1.加速度與力的關(guān)系保持小車的質(zhì)量M不變,改變小車的拉力,測量不同拉力F作用下的加速度a,分析a與F的關(guān)系。2.加速度與質(zhì)量的關(guān)系保持小車所受拉力F(槽碼)不變,改變小車質(zhì)量(增減小車砝碼質(zhì)量),測量不同質(zhì)量的小車在恒力F下的加速度,分析a與M的關(guān)系。必備知識自我檢測三、實驗器材小車,砝碼,槽碼,細(xì)線,一端附有定滑輪的長木板,墊木,電磁打點(diǎn)計時器,低壓交流電源,導(dǎo)線兩根,

2、紙帶,復(fù)寫紙,托盤天平,米尺。四、實驗步驟1.稱量質(zhì)量用天平測量槽碼的質(zhì)量m0和小車的質(zhì)量M0。2.安裝器材按照如圖所示裝置把實驗器材安裝好,只是不把懸掛小盤的細(xì)線系在小車上(即不給小車牽引力)。必備知識自我檢測3.補(bǔ)償阻力在長木板的不帶定滑輪的一端下面墊上一塊薄木塊,反復(fù)移動薄木塊的位置,直至小車在斜面上運(yùn)動時可以保持勻速運(yùn)動狀態(tài)。4.讓小車靠近打點(diǎn)計時器,掛上槽碼,先接通電源,再讓小車拖著紙帶在木板上勻加速下滑,打出一條紙帶。計算槽碼的重力,即為小車所受的合外力,由紙帶計算出小車的加速度,并把力和對應(yīng)的加速度填入表1中。5.改變槽碼的個數(shù),重復(fù)步驟4,并多做幾次。6.保持槽碼個數(shù)不變,在小

3、車上放上砝碼改變小車的質(zhì)量,讓小車在木板上滑動打出紙帶。計算砝碼和小車的總質(zhì)量M,并由紙帶計算出小車對應(yīng)的加速度,并將所對應(yīng)的質(zhì)量和加速度填入表2中。必備知識自我檢測7.改變小車上砝碼的個數(shù),重復(fù)步驟6,并多做幾次。必備知識自我檢測五、數(shù)據(jù)處理1.根據(jù)表1的數(shù)據(jù):以a為縱坐標(biāo)、F為橫坐標(biāo),根據(jù)數(shù)據(jù)作a-F圖像,分析a與F的關(guān)系。必備知識自我檢測3.實驗結(jié)論(1)保持物體質(zhì)量不變時,物體的加速度a與所受力F成正比。(2)在力F不變時,物體的加速度a與質(zhì)量M成反比。必備知識自我檢測1.正誤辨析(1)本實驗研究的是物體所受的某一個力與物體加速度的關(guān)系。()(2)實驗假設(shè)應(yīng)該從最簡單的情況進(jìn)行猜想。(

4、)答案:解析:研究的是物體所受的合力與加速度的關(guān)系,而非某一個力。答案:解析:先檢驗最簡單的假設(shè),如果不成立,再檢驗其他復(fù)雜的猜想。必備知識自我檢測(3)實驗中作直線擬合的方法是讓每個點(diǎn)都要在一條直線上。()(4)多次進(jìn)行實驗,得到的結(jié)論一定是準(zhǔn)確的。()答案:解析:作直線擬合的方法是較多的點(diǎn)在一條直線上,其他不在直線上的點(diǎn)均勻分布在線的兩側(cè)。答案:解析:多次實驗得到的結(jié)論仍然具有猜想和推斷的性質(zhì),只有根據(jù)這些結(jié)論推導(dǎo)出的很多新結(jié)果與事實一致時,這樣的結(jié)論才真正正確。必備知識自我檢測2.在研究物體的加速度、作用力和質(zhì)量三個物理量的關(guān)系時,我們用實驗研究了小車“在質(zhì)量一定的情況下,加速度和作用力

5、之間的關(guān)系”;又研究了“在作用力一定的情況下,加速度和質(zhì)量之間的關(guān)系”。這種研究物理問題的科學(xué)方法是()A.建立理想模型的方法B.控制變量法C.等效替代法D.類比法答案:B解析:研究三個或三個以上物理量間的關(guān)系時通常采用控制變量法。問題一問題二問題三隨堂檢測實驗原理與操作情景探究在探究加速度與外力間的關(guān)系時,得到的圖像如圖中甲和乙所示,則出現(xiàn)此種現(xiàn)象的原因是什么?要點(diǎn)提示甲圖說明平衡摩擦力時,木板傾角過大了,即拉力F=0時,已產(chǎn)生加速度,此加速度是由小車重力的分力形成的。乙圖說明平衡摩擦力不夠或根本沒有平衡摩擦力,因為當(dāng)拉力增大到一定程度時才產(chǎn)生加速度。問題一問題二問題三隨堂檢測知識點(diǎn)撥實驗注

6、意事項1.補(bǔ)償阻力:在補(bǔ)償阻力時,不要把懸掛重物的細(xì)線系在小車上,即不要給小車加任何牽引力,且要讓小車拖著紙帶勻速運(yùn)動。2.不重復(fù)補(bǔ)償阻力:整個實驗補(bǔ)償阻力后,不管以后是改變槽碼總質(zhì)量還是改變小車和砝碼的總質(zhì)量,都不需要重新補(bǔ)償阻力。3.實驗條件:每條紙帶都必須在滿足小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于槽碼的總質(zhì)量的條件下打出。只有如此,槽碼的總重力才可視為小車受到的拉力。4.一先一后一按住:改變拉力和小車質(zhì)量后,每次開始時小車應(yīng)盡量靠近打點(diǎn)計時器,并應(yīng)先接通電源,再放開小車,且應(yīng)在小車到達(dá)定滑輪前按住小車。問題一問題二問題三隨堂檢測5.作圖:作圖時,兩坐標(biāo)軸的比例要適當(dāng),要使盡可能多的點(diǎn)落在所作直線上,不在直線

7、上的點(diǎn)應(yīng)盡可能對稱地分布在所作直線兩側(cè)。離直線較遠(yuǎn)的點(diǎn)是錯誤數(shù)據(jù),應(yīng)舍去不予考慮。畫龍點(diǎn)睛 實驗操作過程中,可以用氣墊導(dǎo)軌替代長木板,就可以不用補(bǔ)償阻力,可以利用傳感器測量作用在小車上的力,可以避免對槽碼質(zhì)量的限制。問題一問題二問題三隨堂檢測實例引導(dǎo)例1(2019湖北黃石高一上期末)在研究作用力F一定時,小車的加速度a與小車(含砝碼)質(zhì)量M的關(guān)系的實驗中,某同學(xué)安裝的實驗裝置和設(shè)計的實驗步驟如下:A.用天平稱出小車和槽碼的質(zhì)量B.按圖安裝好實驗器材C.把輕繩系在小車上并繞過定滑輪懸掛槽碼D.將電磁打點(diǎn)計時器接在6V電壓的蓄電池上,接通電源,釋放小車,電磁打點(diǎn)計時器在紙帶上打下一系列點(diǎn),并在紙帶

8、上標(biāo)明小車質(zhì)量E.保持槽碼的質(zhì)量不變,增加小車上的砝碼個數(shù),并記錄每次增加后的M值,重復(fù)上述實驗F.分析每條紙帶,測量并計算出加速度的值G.作a-M關(guān)系圖像,并由圖像確定a與M的關(guān)系問題一問題二問題三隨堂檢測(1)請改正實驗裝置圖中的錯誤。電磁打點(diǎn)計時器位置;小車位置;滑輪位置。(2)該同學(xué)漏掉的重要實驗步驟是,該步驟應(yīng)排在步驟之后。(3)在上述步驟中,有錯誤的是步驟,應(yīng)把改為。(4)在上述步驟中,處理不恰當(dāng)?shù)氖遣襟E,應(yīng)把改為。問題一問題二問題三隨堂檢測解析:(1)電磁打點(diǎn)計時器應(yīng)固定在長木板無滑輪的一端,且應(yīng)靠右端;釋放小車時,小車應(yīng)靠近打點(diǎn)計時器;連接小車的細(xì)繩應(yīng)平行于木板,故應(yīng)調(diào)節(jié)滑輪位

9、置使細(xì)繩平行于木板。(2)實驗時應(yīng)補(bǔ)償阻力,使小車所受重力沿木板方向的分力與小車所受摩擦力平衡,故應(yīng)墊高長木板右端以平衡摩擦力。實驗中把槽碼的重力看成與小車所受拉力大小相等,沒有考慮摩擦力,故必須補(bǔ)償阻力且應(yīng)排在步驟B之后。(3)步驟D中電磁打點(diǎn)計時器接在6V電壓的蓄電池上將無法工作,必須接在約為8V交流電源上。(4)步驟G中作a-M關(guān)系圖像,得到的是曲線,很難進(jìn)行正確的判斷,必須“化曲為直”,改作a-關(guān)系圖像。問題一問題二問題三隨堂檢測答案:(1)應(yīng)靠右端應(yīng)靠近打點(diǎn)計時器應(yīng)使細(xì)繩平行于木板(2)補(bǔ)償阻力B(3)D6V電壓的蓄電池約為8V的交流電源(4)G作a-M關(guān)系圖像作a-關(guān)系圖像規(guī)律方法

10、 (1)明確打點(diǎn)計時器的工作條件。(2)明確需要測量的物理量和實際測量量是否一致。問題一問題二問題三隨堂檢測變式訓(xùn)練1關(guān)于“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗操作,下列說法符合實際的是()A.通過同時改變小車的質(zhì)量m及受到的拉力F的研究,能歸納出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系B.通過保持小車質(zhì)量不變,只改變小車的拉力的研究,就可以歸納出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系C.通過保持小車受力不變,只改變小車質(zhì)量的研究,就可以得出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系D.先不改變小車質(zhì)量,研究加速度與力的關(guān)系;再不改變小車受力,研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系,最后歸納出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系答案:D解析:做本

11、實驗時采用的是控制變量法。必須控制某一量不變研究加速度與另一量的關(guān)系,不可能同時改變質(zhì)量和力,故只有D正確。問題一問題二問題三隨堂檢測數(shù)據(jù)處理與誤差分析情景探究某同學(xué)在探究加速度與合外力關(guān)系的實驗時,將牽引物重力等同于細(xì)線對小車的拉力,根據(jù)打點(diǎn)計時器打出的紙帶得到小車加速度,繪制了a-F圖像如圖所示。(1)如何根據(jù)紙帶上的點(diǎn)跡分布獲取加速度?(2)圖像一開始為直線,隨著拉力F的增大,細(xì)線為什么發(fā)生了彎曲?問題一問題二問題三隨堂檢測要點(diǎn)提示(1)利用逐差法計算小車的加速度。(2)實驗原理不完善造成系統(tǒng)誤差:此處F為牽引物重力,并非實際作用于小車的拉力,牽引物(槽碼)的總質(zhì)量越小,誤差越小。拉力F

12、很大時,AB段明顯偏離直線,即所掛重物質(zhì)量太大,不滿足遠(yuǎn)小于小車和車中鉤碼總質(zhì)量的條件。問題一問題二問題三隨堂檢測知識點(diǎn)撥1.數(shù)據(jù)處理(1)計算加速度先在紙帶上標(biāo)明計數(shù)點(diǎn),測量各計數(shù)點(diǎn)間的距離,根據(jù)逐差法計算各條紙帶對應(yīng)的加速度。(2)作圖像找關(guān)系根據(jù)記錄的各組對應(yīng)的加速度a與小車所受牽引力F,建立直角坐標(biāo)系,描點(diǎn)畫a-F圖像,如果圖像是一條過原點(diǎn)的傾斜直線,便證明加速度與作用力成正比。再根據(jù)記錄的各組對應(yīng)的加速度a與小車和砝碼總質(zhì)量M,建立直角坐標(biāo)系,描點(diǎn)畫a-圖像,如果圖像是一條過原點(diǎn)的傾斜直線,就證明了加速度與質(zhì)量成反比。問題一問題二問題三隨堂檢測2.誤差分析問題一問題二問題三隨堂檢測實

13、例引導(dǎo)例2(2019遼寧省實驗中學(xué)分校高一上期末)某組同學(xué)設(shè)計了“探究加速度a與物體所受合力F及物體質(zhì)量m的關(guān)系”實驗。如圖甲為實驗裝置簡圖,A為小車,B為電火花打點(diǎn)計時器,C為裝有細(xì)沙的小桶,D為一端帶有定滑輪的長方形木板,實驗中認(rèn)為細(xì)繩對小車?yán)等于細(xì)沙和小桶的總重力,小車運(yùn)動的加速度a可用紙帶上打出的點(diǎn)求得。(1)某次實驗時,測得小車和小車上的鉤碼總質(zhì)量為800g,則細(xì)沙和小桶的總質(zhì)量較為合理的是。A.50gB.500gC.5kgD.50kg問題一問題二問題三隨堂檢測(2)如圖乙為某次實驗得到的紙帶,已知實驗所用電源的頻率為50Hz。根據(jù)紙帶可求出電火花計時器打B點(diǎn)時的速度為m/s,小

14、車的加速度大小為m/s2。(結(jié)果均保留兩位小數(shù))問題一問題二問題三隨堂檢測(3)在“探究加速度a與物體質(zhì)量m的關(guān)系”時,某同學(xué)按照自己的方案將實驗數(shù)據(jù)都在坐標(biāo)系中進(jìn)行了標(biāo)注,但尚未完成圖像(如圖丙所示)。請繼續(xù)幫助該同學(xué)作出坐標(biāo)系中的圖像。(4)在“探究加速度a與合力F的關(guān)系”時,該同學(xué)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出了加速度a與合力F的圖線如圖丁所示,圖線不通過坐標(biāo)原點(diǎn)的原因是。丙丁問題一問題二問題三隨堂檢測解析:(1)為了使細(xì)繩對小車?yán)等于細(xì)沙和小桶的總重力,則需要滿足小車和小車上的鉤碼總質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于細(xì)沙和小桶的總重力,若小車和小車上的鉤碼總質(zhì)量為800g,則細(xì)沙和小桶的總質(zhì)量較為合理的是50g,故A

15、正確,BCD錯誤。(2)AC這段位移的平均速度等于AC這段時間中間時刻的瞬時速度,即B點(diǎn)的瞬時速度,故由逐差法求解小車的加速度,問題一問題二問題三隨堂檢測(3)根據(jù)描點(diǎn)法作出圖像,如圖所示。(4)圖線不通過坐標(biāo)原點(diǎn),F不為零時,加速度仍為零,知實驗前沒有補(bǔ)償阻力或者補(bǔ)償阻力不夠。答案:(1)A(2)1.631.72(3)如圖所示(4)沒有補(bǔ)償阻力或者補(bǔ)償阻力不夠問題一問題二問題三隨堂檢測規(guī)律方法 分析紙帶類問題的思路(1)瞬時速度的求法:根據(jù)中間時刻的瞬時速度等于這段位移的平均速度,求解某點(diǎn)的瞬時速度。(2)加速度的求法:根據(jù)逐差法,即x=aT2,求解小車的加速度。(3)尋找兩物理量的關(guān)系:問

16、題一問題二問題三隨堂檢測變式訓(xùn)練2用如圖(a)所示的實驗裝置探究加速度a與物體所受合力F的關(guān)系:(1)某同學(xué)通過實驗得到如圖(b)所示的a-F圖像,造成這一結(jié)果的原因是:在補(bǔ)償阻力時木板與水平桌面間的傾角(選填“偏大”或“偏小”)。問題一問題二問題三隨堂檢測(2)為了便于探究、減小誤差,應(yīng)使小車質(zhì)量M與砝碼的總質(zhì)量m滿足的條件。(3)某同學(xué)得到如圖所示的紙帶。已知打點(diǎn)計時器電源頻率為50Hz。A、B、C、D、E、F、G是紙帶上7個連續(xù)的點(diǎn)。s=sDG-sAD=cm。由此可算出小車的加速度a=m/s2(加速度值保留兩位有效數(shù)字)。問題一問題二問題三隨堂檢測解析:(1)根據(jù)所給的F-a圖像可知,當(dāng)

17、F=0時,小車已經(jīng)有了加速度a0,所以肯定是在補(bǔ)償阻力時木板與水平桌面間的傾角偏大造成的。(2)只有當(dāng)Mm時,小車受到的拉力才近似等于mg,從而減小誤差。(3)由圖讀出sAD=2.10cm,sDG=3.90cm,所以s=sDG-sAD=1.80cm,根據(jù)s=at2,解得a=5.0m/s2。答案:(1)偏大(2)Mm(3)1.805.0問題一問題二問題三隨堂檢測實驗創(chuàng)新情景探究實驗中,將長木板用氣墊導(dǎo)軌替代,使小車在氣墊導(dǎo)軌上運(yùn)動,是否需要補(bǔ)償阻力?要點(diǎn)提示小車運(yùn)動過程中的阻力主要來源為小車所受的摩擦力,當(dāng)小車在氣墊導(dǎo)軌上運(yùn)動時,小車和氣流之間的阻力忽略不計,故不需要補(bǔ)償阻力。問題一問題二問題三

18、隨堂檢測知識點(diǎn)撥創(chuàng)新實驗的創(chuàng)新模式1.在原型實驗的基礎(chǔ)上局部創(chuàng)新,克服掉原型實驗中某方面的弊端。2.在原型實驗的基礎(chǔ)上實驗儀器的創(chuàng)新,簡化原實驗的操作流程使其簡化。3.實驗原理的創(chuàng)新。問題一問題二問題三隨堂檢測實例引導(dǎo)例3(2019浙江嘉興一中高一上期中)在用DIS“研究小車加速度與力的關(guān)系”實驗時,所用實驗裝置如圖甲所示,重物通過細(xì)線跨過滑輪拉相同質(zhì)量的小車,用位移傳感器測定位移,用力傳感器測得拉力F,改變重物的重力重復(fù)實驗多次,記錄多組數(shù)據(jù),并畫出a-F圖像。甲問題一問題二問題三隨堂檢測(1)該實驗中,(選填“需要”或“不需要”)滿足“小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于重物的質(zhì)量”的條件。(2)符合該實驗方

19、案得出的實驗圖像應(yīng)是圖乙中的(填字母代號)。問題一問題二問題三隨堂檢測解析:(1)小車受到的拉力由力傳感器測得,不再用重物的重力大小充當(dāng),因此不需要小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于重物的質(zhì)量。(2)本實驗克服了常規(guī)實驗中的系統(tǒng)誤差,加速度與拉力成正比,a-F圖像為直線B。答案:(1)不需要(2)B問題一問題二問題三隨堂檢測變式訓(xùn)練3用DIS系統(tǒng)研究加速度與作用力的關(guān)系。實驗步驟如下:用天平測小車的質(zhì)量。測量鉤碼的重力(作為對小車的拉力)。在軌道上放置小車并安裝傳感器,連接線路,用細(xì)線連接小車,跨過滑輪系住小鉤碼,釋放小車測定加速度。將上述測得的數(shù)據(jù)記錄在表格中。保持小車質(zhì)量不變,改變鉤碼的質(zhì)量大小重復(fù)實驗。處

20、理實驗數(shù)據(jù),歸納得出結(jié)論。為了減小實驗誤差本實驗應(yīng)注意:,。問題一問題二問題三隨堂檢測解析:根據(jù)實驗原理,本實驗也要補(bǔ)償阻力,使細(xì)線的拉力等于小車受到的合力。小車與軌道的摩擦力較大時,DIS測量誤差較大,故應(yīng)是小車與軌道的摩擦力要小。DIS直接測量拉力,故不要求鉤碼的質(zhì)量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量,但是如果鉤碼的質(zhì)量較大,不利于實驗,故應(yīng)是鉤碼的質(zhì)量小一些。答案:補(bǔ)償阻力小車與軌道的摩擦力要小鉤碼的質(zhì)量小些問題一問題二問題三隨堂檢測1.在利用打點(diǎn)計時器和小車來做探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系的實驗時,下列說法不正確的是()A.補(bǔ)償阻力時,應(yīng)將槽碼通過定滑輪拴在小車上B.連接槽碼和小車的細(xì)繩應(yīng)跟長木板保持平行C.補(bǔ)償阻力后,長木板