2實驗:探究(tànjiū)加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系第一頁，共26頁。1.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(guānxì)。3.掌握利用圖像處理數(shù)據(jù)的方法。第二頁，共26頁。1.探究方法——控制變量法(1)控制小車的質(zhì)量M不變,討論加速度a與力F的關(guān)系(guānxì)。(2)控制砝碼和小盤的質(zhì)量不變,即力F不變,改變小車的質(zhì)量M,討論加速度a與M的關(guān)系(guānxì)。2.要測量的物理量(1)小車與其上砝碼的總質(zhì)量M——用天平測出。(2)小車受的拉力F——用天平測出小盤和盤內(nèi)砝碼的總質(zhì)量m,由F=mg算出。(3)小車的加速度a——通過打點計時器打出的紙帶測算出。第三頁，共26頁。3.測量加速度的方案(1)應(yīng)用紙帶測加速度在運動物體上安裝一條連接打點計時器的紙帶,根據(jù)紙帶上打出的點來測量加速度。前面所述的實驗方案就是利用這種方法求取加速度的。它是根據(jù)在勻變速直線運動中,連續(xù)(liánxù)相等的時間T內(nèi)的位移之差Δx=aT2求出加速度。(2)應(yīng)用勻變速運動規(guī)律求加速度如果物體做初速度為零的勻加速直線運動,那么,測量物體加速度最直接的辦法就是用刻度尺測量位移并用秒表測量時間,然后由a=算出。第四頁，共26頁。(3)應(yīng)用加速度與位移成正比由于a=，如果測出兩個初速度為零的勻加速運動在相同(xiānɡtónɡ)時間內(nèi)發(fā)生的位移為x1、x2，則位移之比就是加速度之比，即。第五頁，共26頁。打點計時器、紙帶、復(fù)寫紙、小車、一端(yīduān)附有定滑輪的長木板、小盤、砝碼、夾子、細繩、低壓交流電源、導(dǎo)線、天平(帶有一套砝碼)、刻度尺。第六頁，共26頁。一、實驗步驟1.測質(zhì)量(zhìliàng)用天平測量小盤的質(zhì)量(zhìliàng)m0和小車的質(zhì)量(zhìliàng)M0。2.安儀器按圖將實驗器材安裝好(小車上不系繩)。第七頁，共26頁。第八頁，共26頁。3.平衡摩擦力把木板無滑輪的一端下面墊一薄木板,反復(fù)移動其位置,使小車在不掛小盤和砝碼的情況下,能沿木板做勻速直線運動(直到打點計時器打出的紙帶上相鄰點的間距相等)。4.測a、F把小車停在打點計時器處,掛上小盤和砝碼,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。計算小盤和砝碼的重力,即為小車所受的合外力,由紙帶計算出小車的加速度,并把小盤和砝碼的重力和對應(yīng)(duìyìng)的加速度記錄在表格中。第九頁，共26頁。5.再重復(fù)改變小盤內(nèi)砝碼的個數(shù),重復(fù)步驟4,并多做幾次。6.測a、M保持小盤內(nèi)的砝碼個數(shù)不變,在小車上放上砝碼改變小車的質(zhì)量,讓小車在木板(mùbǎn)上運動打出紙帶。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。7.再重復(fù)改變小車上砝碼的個數(shù),重復(fù)步驟6,所對應(yīng)的質(zhì)量和加速度也需記錄在表格中。第十頁，共26頁。二、數(shù)據(jù)處理1.把小車在不同(bùtónɡ)力作用下產(chǎn)生的加速度填在表中:第十一頁，共26頁。實驗數(shù)據(jù)分析:根據(jù)記錄的數(shù)據(jù),作出a-F圖像,即在圖中描點、連線。通過(tōngguò)連線可知,在誤差允許的范圍內(nèi),所描繪的各點大致分布在同一條過坐標原點的直線上。第十二頁，共26頁。2.把不同質(zhì)量的小車在相同力的作用下產(chǎn)生的加速度填在表中:實驗數(shù)據(jù)(shùjù)分析:根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)(shùjù)作出力F不變時a-M圖像。在坐標紙上描點、連線,a-M圖像如圖甲所示,則由圖可知當F不變時,M越大,a越小,故F不變時,a與M有可能成反比,由此可知a-M第十三頁，共26頁。圖像不易反映出相應(yīng)(xiāngyīng)規(guī)律；若a與M成反比，則a與成正比，故作出F不變時a-的關(guān)系圖像，如圖乙所示。第十四頁，共26頁。3.實驗結(jié)論(1)保持(bǎochí)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。第十五頁，共26頁。1.因?qū)嶒炘聿煌晟圃斐上到y(tǒng)誤差。實驗中用小盤和砝碼的總重力代替小車(xiǎochē)受到的拉力(實際上小車(xiǎochē)受到的拉力要小于小盤和砝碼的總重力),存在系統(tǒng)誤差;小盤和砝碼的總質(zhì)量越接近小車(xiǎochē)的質(zhì)量,誤差就越大;反之,小盤和砝碼的總質(zhì)量越小于小車(xiǎochē)的質(zhì)量,誤差就越小。第十六頁，共26頁。2.測量、操作不夠準確造成偶然誤差。(1)質(zhì)量(zhìliàng)的測量誤差。(2)紙帶上打點計時器打點間隔距離的測量誤差。(3)拉線或紙帶不與木板平行會造成誤差。(4)平衡摩擦力不夠(或過度)造成的誤差,該誤差使作出的圖線在橫軸(或縱軸)上產(chǎn)生截距。第十七頁，共26頁。1.平衡摩擦力時不要掛重物,整個實驗平衡了摩擦力后,不管以后是改變小盤和砝碼的質(zhì)量還是改變小車及砝碼的質(zhì)量,都不需要重新平衡摩擦力。2.實驗中必須(bìxū)滿足小車和砝碼的總質(zhì)量遠大于小盤和砝碼的總質(zhì)量。3.改變拉力和小車質(zhì)量后,每次開始時小車應(yīng)盡量靠近打點計時器,并應(yīng)先接通電源,再放開小車,且應(yīng)在小車到達滑輪前按住小車。4.作圖像時,要使盡可能多的點在所作直線上,不在直線上的點應(yīng)盡可能對稱分布在所作直線兩側(cè)。第十八頁，共26頁。熱點1對實驗原理的理解及儀器的選擇問題

【典例1】(2011·浙江高考)在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗時,已提供了小車、一端附有定滑輪的長木板(mùbǎn)、紙帶、帶小盤的細線、刻度尺、天平、導(dǎo)線。為了完成實驗,還須從圖中選取實驗器材,其名稱是(漏選或全選得零分),并分別寫出所選器材的作用。第十九頁，共26頁。第二十頁，共26頁?！緲藴式獯?jiědá)】電磁打點計時器用來打點計時,以便測定加速度,要配備4～6V學(xué)生電源(交流電源)為其供電,通過改變砝碼個數(shù)來改變拉力大小;鉤碼放在小車上來調(diào)節(jié)小車質(zhì)量。也可用電火花計時器來代替學(xué)生電源和電磁打點計時器,因為電火花計時器使用220V交流電,不使用學(xué)生電源。答案:學(xué)生電源、電磁打點計時器、鉤碼、砝碼(或電火花計時器、鉤碼、砝碼)學(xué)生電源為電磁打點計時器提供交流電;電磁打點計時器(電火花計時器)記錄小車的位置和時間;鉤碼用以改變小車的質(zhì)量;砝碼用以改變小車受到拉力的大小,還可以用于測量小車的質(zhì)量。第二十一頁，共26頁。熱點2實驗步驟及數(shù)據(jù)的處理

【典例2】(2012·安徽高考)圖甲為“驗證(yànzhèng)牛頓第二定律”的實驗裝置示意圖。砂和砂桶的總質(zhì)量為m,小車和砝碼的總質(zhì)量為M。實驗中用砂和砂桶總重力的大小作為細線對小車拉力的大小。第二十二頁，共26頁。(1)實驗中,為了使細線對小車的拉力等于小車所受的合外力,先調(diào)節(jié)長木板一端滑輪的高度(gāodù),使細線與長木板平行。接下來還需要進行的一項操作是()A.將長木板水平放置,讓小車連著已經(jīng)穿過打點計時器的紙帶,給打點計時器通電,調(diào)節(jié)m的大小,使小車在砂和砂桶的牽引下運動,從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運動B.將長木板的一端墊起適當?shù)母叨?gāodù),讓小車連著已經(jīng)穿過打點計時器的紙帶,撤去砂和砂桶,給打點計時器通電,輕推小車,從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運動C.將長木板的一端墊起適當?shù)母叨?gāodù),撤去紙帶以及砂和砂桶,輕推小車,觀察判斷小車是否做勻速運動第二十三頁，共26頁。(2)實驗中要進行質(zhì)量m和M的選取,以下(yǐxià)最合理的一組是()A.M=200g,m=10g、15g、20g、25g、30g、40gB.M=200g,m=20g、40g、60g、80g、100g、120gC.M=400g,m=10g、15g、20g、25g、30g、40gD.M=400g,m=20g、40g、60g、80g、100g、120g第二十四頁，共26頁。(3)圖乙是實驗中得到的一條紙帶,A、B、C、D、E、F、G為7個相鄰的計數(shù)點,相鄰的兩個計數(shù)點之間還有四個點未畫出。量出相鄰的計數(shù)點之間的距離(jùlí)分別為sAB=4.22cm、sBC=4.65cm、sCD=5.08cm、sDE=5.49cm、sEF=5.91cm、sFG=6.34cm。已知打點計時器的工作頻率為50Hz,則小車的加速度a=m/s2(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。第二十五頁，共26頁?！緲藴式獯稹?1)要使細線對小車的拉力等于小車所受的合外力，應(yīng)將長木板遠離定滑輪的一端墊起，使小車所受重力沿木板向下的分力