【志鴻優(yōu)化系列】高中物理 4.2實驗：探究加速度與力和質量的關系（1）課件 新人教必修1

2實驗：探究加速度與力、質量的關系

學點1加速度與力的關系

(1)控制變量法

在研究物體的加速度與它受的力、它的質量間的關系時，因為涉及到三個物理量，為了研究問題的方便，可采取分別使一個量不變，而研究另外兩個量之間關系的方法，這種方法叫做控制變量法。

(2)探究加速度與力的關系①實驗思路：保持物體的質量m一定，測量物體在不同力F作用下的加速度a，分析a與F的關系。②實驗數(shù)據(jù)的分析：設計如下的表格，記錄數(shù)據(jù)。

在圖4-2-1所示坐標上，作出a-F圖象。分析圖像，若圖象是過原點的直線，則a∝F

由此得出，在質量一定的情況下，加速度跟力成正比。F/Na/(m·s-2)圖4-2-1學點2加速度與質量的關系

(1)保持物體所受的力F一定，測量不同質量m的物體在力F作用下的加速度a，分析a與m的關系。

(2)實驗數(shù)據(jù)的分析：設計如下的表格，記錄數(shù)據(jù)。

猜想：F相同，m越大，a越小，是否是“a與m”成反比或“a與m2”成反比？

從簡單入手，若a與m成反比，則a與1/m成正比。所以，建立a-1/m坐標系，作a-1/m圖象，如圖4-2-2所示。

分析：若圖象是過原點的直線，則a與m成反比。

由圖得，a與1/m成正比，與m成反比。

m/kga/(m·s-2)圖4-2-2

注意：作圖象時，應使盡可能多的點在直線上，不在直線上的點均勻分布于直線兩側，偏離太大的點應舍棄掉。【例1】用如圖4-2-3所示的裝置研究在作用力F一定時，小車的加速度a與小車質量M的關系，某位同學設計的實驗步驟如下：

A.用天平稱出小車和小桶及內(nèi)部所裝砂子的質量；

B.按圖裝好實驗器材；

C.把輕繩系在小車上并繞過定滑輪懸掛砂桶；

D.將電磁打點計時器接在6V電壓的蓄電池上，接通電源，放開小車，打點計時器在紙帶上打下一系列點，并在紙帶上標明小車質量；

E.保持小桶及其中砂子的質量不變，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關系圖象，并由圖象確定a-M關系。

(1)該同學漏掉的重要實驗步驟是____，該步驟應排在____步實驗之后。

(2)在上述步驟中，有錯誤的是______，應把改為_______。

(3)在上述步驟中，處理不恰當?shù)氖莀_____，應把改為________。圖4-2-3

(1)平衡摩擦力B(2)D6V電壓的蓄電池6V以下交流電壓的學生電源(3)Ga-M

a-1/M實驗中把小桶及其中砂子的重力看做與小車所受拉力大小相等，沒有考慮摩擦力，故必須平衡摩擦力。電磁打點計時器接在6V電壓的蓄電池上將無法工作，必須接在6V以下交流電壓的學生電源上。作a-M關系圖象，得到的是雙曲線，很難作出正確的判斷，必須“化曲為直”，改作a-1/M關系圖象。1.在探究a與F、m關系的實驗中，下列說法中正確的是()A.平衡摩擦力時，小桶應用細線通過定滑輪系在小車上，但小桶內(nèi)不能裝砂子

B.實驗中無需始終保持小車和砝碼的質量遠遠大于砂子和小桶的質量

C.實驗中如用縱坐標表示加速度，用橫坐標表示小車和車內(nèi)砝碼的總質量，描出相應的點在一條直線上時，即可證明加速度與質量成反比

D.平衡摩擦力時，小車后面的紙帶必須連好，因為運動過程中紙帶也要受到阻力D學點3制定實驗方案和實驗數(shù)據(jù)的處理

(1)本實驗有三個需測量的物理量：a、F、m。質量可用天平測量,a與F如何測量？①怎樣測量(或比較)物體的加速度

a.若為初速度為零的勻加速直線運動，測量位移x和時間t，由a=2x/t2計算。

b.用打點計時器打紙帶，由紙帶上的點求出，根據(jù)Δx=at2，測出a。

c.不測a的數(shù)值，測量不同情況下物體的加速度比值。若兩個初速度為零的勻加速運動，在相同時間內(nèi)位移為x1、x2，則

a1/a2=x1/x2圖4-2-4②怎樣提供和測量物體所受的恒力下面是一種方法：如圖4-2-4所示，取兩個質量相同的小車放在光滑水平面上，小車的前端各系上細繩，繩的另一端跨過定滑輪各掛一個小盤，(2)實驗的數(shù)據(jù)處理可以采用計算法和圖象法兩種不同的方法①計算法：測得加速度或加速度之比(等于位移之比)后，通過計算看看是否滿足a1/a2=F1/F2、a1/a2=m2/m1。②圖象法：測得加速度后，以拉力F為橫坐標、加速度a為縱坐標，描繪a-F圖象，看看圖象是否為過原點的傾斜直線；以1/m為橫坐標，加速度a為縱坐標，描繪a-1/m圖象(想想看，為什么不是描繪a-m圖象)，看看圖象是否為過原點的傾斜直線?；蛘咴跍y得加速度之比(等于位移之比)后，以兩車拉力之比F2/F1為橫坐標、加速度之比a2/a1為縱坐標，描繪圖象，看看圖象是否為過原點的傾斜直線；以質量之比m1/m2為橫坐標、加速度之比a2/a1為縱坐標，描繪圖象，看看圖象是否過原點的傾斜直線。盤中放有數(shù)目不等的砝碼，使兩個小車自靜止開始在不同拉力作用下勻加速運動，小車所受拉力F的大小可以認為等于砝碼和盤所受重力的大小(保證小車質量比砝碼和盤質量大得多)，小車后端系上細繩，用一只夾子夾住，以同時控制兩小車，使兩車同時運動，同時停止，分別測出兩小車的位移x和受力F的大小，據(jù)x=(1/2)at2知，在時間t相同的前提下，x∝a，通過實驗分析從而得出a與F的關系。提示：利用圖象處理數(shù)據(jù)的優(yōu)點：(1)直觀地看出兩個物理量間的關系；(2)有效減小實驗誤差，并排除實驗中的錯誤數(shù)據(jù)。(3)結論①當m不變時，得到的a-F圖象如圖4-2-5所示。圖象表明：當m一定時，在誤差范圍內(nèi)，a與F成正比。②當F不變時，得到的a-1/m圖象如圖4-2-5乙所示。圖象表明：當F一定時，在誤差范圍內(nèi)，a與m成反比。圖4-2-5

(1)打點計時器必須使用交流電源，不能使用干電池；為保證細繩對小車的拉力作為小車所受的合力，實驗前必須平衡摩擦力，該裝置卻沒有平衡摩擦力；為了在紙帶上打下更多的點，實驗時小車的初始位置離打點計時器不可太遠。

(2)可用逐差法求加速度為a=(x34-x12)/(4T2)=[(4.04-1.63)-1.63]×10-2/(4×0.12)m/s2=0.195m/s2?！纠?】用如圖4-2-6所示的裝置，探究“加速度與力、質量的關系”的實驗中。

(1)某同學在接通電源進行實驗之前，將實驗器材組裝如圖4-2-6所示。請你指出該裝置中錯誤或不妥之處：_________________________________________________________________________________________________________。

(2)改正實驗裝置后，該同學順利地完成了實驗。圖4-2-7是他在實驗中得到的一條紙帶，圖中相鄰兩計數(shù)點之間的時間間隔為0.1s，由圖中的數(shù)據(jù)可算得小車的加速度

a=_______m/s2。應接交流電源；實驗中沒有平衡小車的摩擦力；小車的初始位置離打點計時器太遠圖4-2-6圖4-2-70.195打點計時器工作時不應接干電池，2.為了了探探究究加加速速度度與與力力、、質質量量的的關關系系，，現(xiàn)現(xiàn)提提供供如圖圖4-2-8所示示的的器器材材：：A為小小車車，，B為電電火火花計計時時器器，，C為裝裝有有砝砝碼碼的的小小桶桶，，D為一一端端帶有有定定滑滑輪輪的的長長方方形形木木板板，，實實驗驗中中認認為為細細繩繩對小小車車的的拉拉力力F等于于砝砝碼碼和和小小桶桶的的總總質質量量。。請思思考考探探究究思思路路并并回回答答下下列列問問題題：：(1)為了了消消除除小小車車與與水水平平木木板板之之間間摩摩擦擦力力的的影影響響應應采采取取什什么么做做法法？？______。(2)在探探究究加車的質量m，分別得到小車的加速度a與質量m的數(shù)據(jù)如下表。圖4-2-8圖4-2-9根據(jù)據(jù)上上述述實實驗驗數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)，，用用計計算算機機繪繪出出a-m圖象象如如圖圖4-2-9所示。序號12345小車的加速度a/(m·s-2)0.780.380.250.200.16小車的質量m/kg0.200.400.600.801.00(1)把木板的右端端(或安裝電火花花計時器的那那端)適當墊高，以以平衡摩擦力力(2)如圖所示(3)實驗前未平衡衡摩擦力或平平衡摩擦力不不充分通過對圖4-2-9的觀察，可猜猜想在拉力F一定的情況下下，a與m的關系可能是是:a∝m-1、a∝m-2、a∝m-3…，為了驗證猜猜想，請在圖圖4-2-9乙中作出最能能直觀反映a與m之間關系的圖圖象。圖4-2-10(3)在探究加速度度與力的關系系時，保持小小車的質量不不變，改變小小桶中砝碼的的質量，該同同學根據(jù)實驗驗數(shù)據(jù)作出了了加速度a與力F的圖線如圖4-2-10所示，該圖線線不通過坐標標原點，試分分析圖線不通通過坐標原點點的原因是_________________。2.在“探究加速速度與力、質質量的關系””的實驗中，，備有下列器器材：A.電火花計時器器；B.天平；C.秒表；D.交流電源；E.電池；F.紙帶；G.細繩、砝碼、、鉤碼、滑塊塊(可騎在氣墊導導軌上)；H.氣墊導軌(一端帶定滑輪輪)；I.毫米刻度尺；；J.小型氣泵。(1)實驗應選用的的器材有______________；實驗研究的的對象_______________________。(2)本實驗驗分兩兩大步步驟進進行：：①_______________________；②________________________。1.某學生生在做做“探探究加加速度度與力力、質質量的的關系系”的的實驗驗時，，在平平衡摩摩擦力力時把把長木木板的的一端端墊得得過高高，使使得傾傾角偏偏大。。他所所得到到的a-F關系圖圖象應應是下下列哪哪一個個？(a是小車車的加加速度度，F(xiàn)是細線線作用用于小小車的的拉力力)()C研究F一定時時a與m的關系系ABDFGHIJ騎在氣氣墊導導軌上的的滑塊塊研究m一定時時a與F的關系系3.用斜面面、小小車、、小盤盤、砝砝碼、、打點點計時時器等等做““探究究加速速度與與力、、質量量的關關系””的實實驗中中，得得到如如圖4-2-11所示的的紙帶帶，相相鄰計計數(shù)點點間的的時間間間隔隔為T，且x1、x2、x3、…、x6已測量量出。。(1)a=[(x6+x5+x4)-(x3+x2+x1)]/(9T2)(2)沒有平平衡摩摩擦力力或平平衡摩摩擦力力時，，木板板與水水平面面的夾夾角過過小，，即平平衡摩摩擦力力不足足(3)兩小車車以及