人教版必修一知識講解實驗探究加速度與力質(zhì)量關(guān)系

人教版必修一知識解說實驗研究加快度與力、質(zhì)量關(guān)系人教版必修一知識解說實驗研究加快度與力、質(zhì)量關(guān)系8/8人教版必修一知識解說實驗研究加快度與力、質(zhì)量關(guān)系人教版必修一知識解說：實驗：研究加快度與力、質(zhì)量的關(guān)系實驗：研究加快度、力、質(zhì)量之間的關(guān)系【學習目標】1．掌握在研究三個物理量之間關(guān)系時，常用的控制變量法2．理解物體的加快度大小與力相關(guān)，也與質(zhì)量相關(guān)3．經(jīng)過實驗研究加快度與力和質(zhì)量的定量關(guān)系4．依照原理去設計實驗，辦理實驗數(shù)據(jù)，得出結(jié)論5．會分析數(shù)據(jù)表格，利用圖象追求物理規(guī)律【要點梳理】要點一、怎樣測量（或比較）物體的加快度1．物體做初速為0的勻加快直線運動，測量物體加快度最直接的方法就是用刻度尺測量位移并用秒表測2x量時間，由公式at2算出加快度。2．能夠在運動物體上連一條紙帶，經(jīng)過打點計時器打點來測量加快度。3．也能夠不測加快度的詳細數(shù)值，而測不同樣樣狀況下（即不同樣樣受力時、不同樣樣質(zhì)量時）物體加快度的比值。依照a2x0的勻加快運動在同樣時間內(nèi)發(fā)生的位移t2，測出兩初速度為12x、x，位移比就是加快度之比，即a1x1。a2x2要點二、怎樣供應和測量物體所受的恒力在現(xiàn)實中，僅受一個力的狀況幾乎是不存在的。一個單獨的力的作用奏效與跟它大小、方向都同樣的協(xié)力的作用奏效是同樣的，因此，在實驗中我們只要測出物體所受的協(xié)力即可。怎樣為運動的物體供應一個恒定的協(xié)力？又怎樣測出這個協(xié)力呢？能夠在繩的一端掛鉤碼，另一端超出定滑輪拉物體，使物體做勻加快運動的力就是物體的協(xié)力，這個協(xié)力等于鉤碼的重力。經(jīng)過測量鉤碼的重力即可測得物體所受的協(xié)力。要點三、平衡摩擦力依照上面的方案中做勻變速運動的物體，受的協(xié)力其實不等于鉤碼的重力。這是由于物體在相對運動，還要碰到滑動摩擦力。怎樣減小滑動摩擦力，使我們所測得的鉤碼重力盡可能湊近于物體所受的協(xié)力？①使用圓滑的木板；②平衡滑動摩擦力。將木板一端墊高，讓物體從木板上勻速滑下，此時物體的重力分力就等于物體所受的摩擦力。③平衡摩擦力后，當小車的質(zhì)量發(fā)生改變時，不用再平衡摩擦力。這是由于mgsinmgcos，等式的兩邊質(zhì)量能夠抵消，即與物體的質(zhì)量大小沒相關(guān)系。要點四、怎樣辦理實驗數(shù)據(jù)本實驗的數(shù)據(jù)辦理能夠采用計算法和圖象法兩種不同樣樣的方法：1．計算法測得加快度或加快度之比（等于位移之比）后，經(jīng)過計算看看可否知足a1F1、a1m2a2F2a2m12．圖象法測得加快度后，用拉力F為橫坐標，加快度a為縱坐標，描述a—F圖象，看看圖象可否為過原點的1/8人教版必修一知識解說：實驗：研究加快度與力、質(zhì)量的關(guān)系傾斜直線；用1為橫坐標，加快度a為縱坐標，描述a—1圖象，看看圖象可否為過原點的傾斜直線。mmF2/F1為橫坐標，兩車位移之比x2/x1表示加也許在測得加快度之比（等于位移之比）后，用兩車拉力之比速度之比a2/a1為縱坐標，描述a—F圖象，看看圖象可否為過原點的傾斜直線；用m1/m2為橫坐標，加快度a/a為縱坐標，描述a—1圖象，看看圖象可否為過原點的傾斜直線。21m要點五、實驗注意事項1．牽引小車的砝碼應有10g、20g、50g等規(guī)格。沒有小規(guī)格砝碼，可用沙桶裝沙取代，質(zhì)量用天平稱量。2．研究加快度與力的關(guān)系：小車質(zhì)量為200g，兩車上面均可加100g左右的砝碼。保持其中一個小車所掛砝碼不變（如20g），另一小車所掛砝碼漸漸加大，但不要過大。砝碼質(zhì)量過大，會使圖象線性變差。3．研究加快度與質(zhì)量的關(guān)系：一車質(zhì)量固定為300g，另一車質(zhì)量可自200g起，逐次增加砝碼至700g~800g。牽引小車的砝碼以30g~40g為宜。小車質(zhì)量過大，夾子不簡單夾住車后拖線，造成位移誤差。4．小車后所系線繩要用合適粗些的棉繩，當夾子夾住線繩時不會滑動。若是用表面較圓滑的尼龍繩，當夾子閉合時線繩還會被小車拖一段距離才會停住。解決的方法可在尼龍繩上擦一些松香，以增大線繩與夾子之間的摩擦力。5．選擇口寬、彈力大的夾子，使夾子張開和閉合動作要矯捷有力。動作遲緩，會使某些夾子張開夾口時兩側(cè)張開的程度不同樣樣樣，張開較小的一側(cè)所控制的小車拖繩受阻，影響到小車運動。6．注意小車運動停止的地址不能夠與定滑輪相碰。實驗中若是小車碰到定滑輪才松手讓夾子夾住拖線，則與定滑輪相碰的小車位移偏小而產(chǎn)生誤差。要點六、實驗誤差分析因?qū)嶒炘聿粓A滿引起的誤差．本實驗用砂和砂桶的總重力(mM)g取代小車的拉力，而實質(zhì)小車所受的拉力要小于砂和砂桶的總重力．砂和砂桶的總質(zhì)量越湊近小車和砝碼的總質(zhì)量，誤差越大；反之，砂和砂桶的總質(zhì)量越小于小車和砝碼的總質(zhì)量，由此引起的誤差就越?。虼?，知足砂和砂桶的總質(zhì)量m遠小于小車和砝碼的總質(zhì)量M的目的就是為了減小因?qū)嶒炘聿粓A滿而引起的誤差．此誤差可因m?M而減小，但不能夠能除去此誤差．證明以下：小車和砂桶的受力狀況以以以下列圖．對小車：FMa，①對砂桶：mgFma，②解得：FMmgmg．Mmm1M可見當時m?M時，F(xiàn)mg．【說明】上面的證明在這里講的目的，旨在使同學們懂得為什么實驗中要m?M，不要求同學們會辦理這類問題．這個問題在學完本章今后領(lǐng)悟就更好．2/8人教版必修一知識解說：實驗：研究加快度與力、質(zhì)量的關(guān)系2.平衡摩擦嚴禁造成誤差．實驗原理中設定為圓滑水平面狀況，因此實驗中應平衡摩擦力，若未平衡摩擦力或平衡不妥就會帶來系統(tǒng)誤差．①如出現(xiàn)圖(甲)中①的直線，說明平衡摩擦力時，平衡過大了．即拉力F＝0時，已產(chǎn)生加快度，其加快度是由節(jié)余重力的分力形成的．出現(xiàn)圖(甲)中②的直線，說明平衡摩擦力不夠，由于拉力大于F0時才產(chǎn)生加快度．②出現(xiàn)圖(乙)中①②直線的原因分析以下：平衡摩擦力后，小車在木板上的受力應有木板與水平面間的夾角．

Fmgsinmgcos＝ma(*)，其中F為繩拉力，θ為若未平衡摩擦力，則θ＝0，(*)式為Fmg＝ma，F(xiàn)必然，只有m小到必然程度，即1大到必然m程度，才有Fmg＞0，才能產(chǎn)生加快度．由圖(乙)知，②線為未平衡摩擦造成的誤差．若平衡摩掠過大，小車在木板上的受力應有Fmgsinmgcos＝ma，當10，即m時，m式中F作為小量，可略去，將(*)式整理得a＝g(sincos)，說明①線為平衡摩擦力過大造成的誤差．【說明】平衡摩擦力時不要掛重物，整個實驗平衡了摩擦力后，無論今后是改變小盤和砝碼的質(zhì)量仍是改變小車和砝碼的質(zhì)量，都不需要從頭平衡摩擦力．3.實驗操作造成的誤差質(zhì)量測量不正確、計數(shù)點間的間距測量不正確、紙帶和細繩不嚴格與木板平行都會引起誤差．【典型例題】種類一、對控制變量法的理解例1．利用以以以下列圖的裝置研究加快度與力、質(zhì)量的關(guān)系，以下說法中正確的選項是（）A．保持小車所受拉力不變，只改變小車的質(zhì)量，便能夠研究加快度與力、質(zhì)量的關(guān)系B．保持小車質(zhì)量不變，只改變小車的拉力，便能夠研究加快度與力、質(zhì)量之間的關(guān)系C．先保持小車所受拉力不變，研究加快度與力的關(guān)系；再保持小車質(zhì)量不變，研究加快度與質(zhì)量的關(guān)系，最后概括出加快度與力、質(zhì)量的關(guān)系D．先保持小車質(zhì)量不變，研究加快度與力的關(guān)系；再保持小車受力不變，研究加快度與質(zhì)量的關(guān)系，最后概括出加快度與力、質(zhì)量的關(guān)系【答案】D【分析】對于加快度與力、質(zhì)量的關(guān)系，應先保持小車質(zhì)量不變，研究加快度與力的關(guān)系；再保持小車受力不變，研究加快度與質(zhì)量的關(guān)系，最后概括出加快度與力、質(zhì)量的關(guān)系?！究偨Y(jié)升華】控制變量法就是控制某一物理量，研究節(jié)余量之間的關(guān)系，它是研究多個變量常用的方法。3/8人教版必修一知識解說：實驗：研究加快度與力、質(zhì)量的關(guān)系貫串交融【變式】在“研究加快度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗時：（1）我們已經(jīng)知道，物體的加快度（a）同時跟合外力（F）和質(zhì)量（m）兩個因素相關(guān)。要研究這三個物理量之間的定量關(guān)系的基本思路是；2）小薇同學想用砂和砂桶的重力表示小車碰到的合外力，為了減少這類做法而帶來的實驗誤差，你認為在實驗中還應該采用的兩項舉措是：a．______________________________；b．____________________________。（3）小薇同學利用實驗中打出的紙帶求加快度時，辦理方案有兩種：a．利用公式2sa2計算；b．依照sta_________比較合理，而另一種方案不合理的原因T2利用逐差法計算。兩種方案中，你認為選擇方案是_________________________________________?！敬鸢浮浚?）先保持m不變，研究a與F的關(guān)系，再保持F不變，研究a與m的關(guān)系；（2）a．把木板的尾端墊起合適高度以平衡摩擦力；b．砂和桶的質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量；（3）b；紙帶開始一段的點散布密集，位移的測量誤差大種類二、對實驗操作的察看例2．在利用打點計時器研究加快度與力、質(zhì)量關(guān)系的實驗中，以下做法正確的選項是：（）A．平衡摩擦力時，應將重物用細繩經(jīng)過定滑輪系在小車上B．每次改變小車的質(zhì)量時，不需要從頭平衡摩擦力C．實驗時，先松開小車，后接通電源D．“重物的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量”這一條件如不知足，對研究過程也不會產(chǎn)生影響【答案】B【分析】平衡摩擦力時，不把懸掛重物用細繩經(jīng)過定滑輪系在小車上，即不對小車施加拉力。在木板無滑輪的一端下面墊一薄木塊，屢次搬動其地址，直到拖在小車后邊的紙帶上打出的點距均勻為止。設木板的傾角為θ，則平衡摩擦力后有mgsinmgcos，即arctan，θ與小車的質(zhì)量沒關(guān)，故每次改變小車的質(zhì)量時，不需要從頭平衡摩擦力。實驗時，應先接通電源，待打點計時器工作牢固后再松開小車。實驗要求重物的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量，由于只有這樣，重物的重力才近似等于細繩對小車的拉力?！究偨Y(jié)升華】注意實驗條件、平衡摩擦力的目的和做法，以及打點計時器的規(guī)范操作。貫串交融【變式】在研究“加快度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的活動中：某同學在接通電源進行實驗從前，將實驗器材組裝以以以下列圖。請你指出該裝置中的錯誤或不妥之處：。小車打點計時器紙帶沙桶干電池開關(guān)【答案】打點計時器不應使用干電池，應使用溝通電源；實驗中沒有平衡小車的摩擦力；小車初始地址離打點計時器太遠種類三、對圖象的察看例3．在“研究加快度與力、質(zhì)量的關(guān)系”這一實驗中，有兩位同學經(jīng)過測量，分別作出a一F圖象，4/8人教版必修一知識解說：實驗：研究加快度與力、質(zhì)量的關(guān)系如圖（a）（b）中的A、B線所示；試分析：(1)A線不經(jīng)過坐標原點的原因是；(2)B線不經(jīng)過坐標原點的原因是。aaABOFOF(a)(b)【答案】(1)A線在F軸上有必然的截距，表示F達到必然的值后小車才開始有加快度，這是沒有平衡摩擦力，或平衡摩擦力不夠引起的。B線在a軸上有必然的截距，表示F為0，即不加F時小車已經(jīng)有了必然的加快度，這是平衡摩擦力時木板傾角θ太大，即平衡摩擦力過分引起的?！究偨Y(jié)升華】從圖線在坐標軸上截距的物理意義著手分析。運用圖象分析實驗誤差原因，這是實驗研究中一項很重要的能力。貫串交融【變式】某同學做研究加快度與力、質(zhì)量的關(guān)系的實驗，在平衡摩擦力時把木板的一端墊得過高，所得的a－F圖象為以以下列圖中的：（）aaaaOOOOFFFFABCD【答案】C【分析】由于木板的一端墊得過高，當拉力為零時就有一加快度．D項應該是當已經(jīng)有一不為零的拉力時加快度為零，表示平衡摩擦力時木板的一端墊得過低了，或?qū)⒂谢喌囊欢藟|了起來?！靖咔逭n程：牛頓運動定律實驗專題例2】【變式2】做“考證牛頓第二定律”實驗，甲同學依照實驗數(shù)據(jù)畫出的小車的加快度a和小車所受拉力F的圖像為圖中的直線Ⅰ，乙同學畫出的a—F圖像為以以下列圖中的直線Ⅱ．直線Ⅰ、Ⅱ在縱軸或橫軸上的截距較大，明顯超出了誤差范圍，下面給出了對于形成這類狀況原因的四種解說，其中可能正確的選項是（）A、實驗前甲同學沒有平衡摩擦力；B、甲同學在平衡摩擦力時，把長木板的尾端抬得過高了；C、實驗前乙同學沒有平衡摩擦力；D、乙同學在平衡摩擦力時，把長木板的尾端抬得過高了．【答案】BC種類四、對數(shù)據(jù)的辦理例4．某同學利用實驗裝置研究a與F之間的關(guān)系，測得小車的加快度a和拉力F的數(shù)據(jù)見下表：F/N0.200.300.400.50a/(ms2)0.100.210.290.405/8人教版必修一知識解說：實驗：研究加快度與力、質(zhì)量的關(guān)系(1)依照表中數(shù)據(jù)在圖(甲)中畫出a-F的圖線；(2)結(jié)合實驗裝置，說明圖線可是原點的原因是什么?怎樣進行更正?【答案】(1)依照表中數(shù)據(jù)在坐標系中描點，并用一條直線來擬合這些點，如圖(乙)所示．(2)圖線與F軸交于0.1N處，說明拉力F小于0.1N時，小車靜止不動(a＝0)，這是由于實驗中未平衡摩擦力或平衡摩擦力時斜面傾角過小造成的，應增大斜面傾角．【分析】實驗中我們認為小盤和砝碼的重力等于小車所受的協(xié)力，沒有考慮摩擦阻力對小車運動的影響，因此實驗中若是未平衡摩擦力或平衡摩擦力不妥都將致使a-F圖線可是原點．貫串交融【變式1】某同學在實驗中保持拉力不變，獲取了小車加快度隨質(zhì)量變化的一組數(shù)據(jù)，如表所示：請在圖中方格紙中成立合適坐標，并畫出能直觀反應出加快度與質(zhì)量關(guān)系的圖線．【分析】a與m成反比實質(zhì)上就是a與1成正比，以a為縱坐標．以1為橫坐標成立坐標系，采用mm合適的標度，描出坐標點，連線獲取圖象以以以下列圖．6/8人教版必修一知識解說：實驗：研究加快度與力、質(zhì)量的關(guān)系【高清課程：牛頓運動定律實驗專題例4】【變式2】某同學采用以以以下列圖的裝置考證規(guī)律：“物體質(zhì)量必然，其加快度與所受協(xié)力成正比”。①該同學是采用v－t圖象來求加快度的。圖中為實驗中打出的一條紙帶的一部分，紙帶上標出了連續(xù)的3個計數(shù)點，依次為B、C、D，相鄰計數(shù)點之間還有4個計時點沒有標出。打點計時器接在頻次為50Hz的溝通電源上。打點計時器打C點時，小車的速度為m/s；②其余各點的速度都標在了v－t坐標系中，以以