高考物理一輪全程-3-4-實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系課件

1.實(shí)驗(yàn)原理1．保持研究對象即小車的質(zhì)量不變，改變砂桶內(nèi)砂的質(zhì)量，即改變牽引力測出小車的對應(yīng)加速度，用圖象法驗(yàn)證加速度是否正比于作用力．2．保持砂桶內(nèi)砂的質(zhì)量不變，改變研究對象的質(zhì)量，即往小車內(nèi)加砝碼，用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測出小車的對應(yīng)加速度，用圖象法驗(yàn)證加速度是否反比于質(zhì)量．2.實(shí)驗(yàn)器材附有定滑輪的長木板；薄木板；小車；細(xì)線；小桶及砂；打點(diǎn)計(jì)時(shí)器；低壓交流電源；導(dǎo)線；天平(帶一套砝碼)；砝碼；毫米刻度尺；紙帶及復(fù)寫紙等．實(shí)驗(yàn)步驟1．用天平測出小車和小桶的質(zhì)量M和M′，并把數(shù)值記錄下來．3.2．按圖所示，安裝實(shí)驗(yàn)器材，只是不把懸掛小桶用的細(xì)繩系在車上，即不給小車施加牽引力．4.3．平衡摩擦力：在長木板的不帶定滑輪的一端下面墊薄木板并反復(fù)移動其位置，直到在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器正常工作后，小車在斜面上運(yùn)動時(shí)可以保持勻速直線運(yùn)動狀態(tài)為止．4．記錄小車內(nèi)所加砝碼的質(zhì)量，稱好砂子后將砂倒入小桶，把細(xì)繩系在小車上并繞過滑輪懸掛小桶，此時(shí)要調(diào)整定滑輪的高度使繩與木板平行，接通電源，放開小車，待打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打好點(diǎn)后取下紙帶并作好標(biāo)記．5．保持小車總質(zhì)量不變，改變砂的質(zhì)量(均要用天平稱量)，按步驟4中方法打好紙帶并作好標(biāo)記．5.6．在每條紙帶上都選取一段比較理想的部分，算出加速度的值．7．用縱坐標(biāo)表示加速度，橫坐標(biāo)表示作用力(即砂和桶的總重力)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果描出相應(yīng)的點(diǎn)，如這些點(diǎn)在一條直線上，便證明了加速度與作用力成正比．8．保持砂和桶的質(zhì)量不變，在小車上加放砝碼(也需記錄好)，重復(fù)上面的實(shí)驗(yàn)步驟，求出相應(yīng)的加速度，用縱坐標(biāo)表示加速度a，橫坐標(biāo)表示質(zhì)量的倒數(shù)

，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果描出相應(yīng)的點(diǎn)，如果這些點(diǎn)在一條直線上，就證明了加速度與質(zhì)量成反比．6.注意事項(xiàng)1．實(shí)驗(yàn)步驟2、3不需重復(fù)，即整個(gè)實(shí)驗(yàn)平衡了摩擦力后，不管以后是改變砂和砂桶的質(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．平衡摩擦力是指小車所受動力(重力沿斜面分力)與小車所受阻力(包括小車所受摩擦力和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器對小車后所拖紙帶的摩擦力)大小相等．實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)在小車后拖上紙帶，先接通電源，再用手給小車一個(gè)初速度．若在紙帶上打出的點(diǎn)的間隔基本上均勻，才表明平衡了摩擦力，否則必須重新調(diào)整薄木板的位置．7.2．平衡摩擦力后，每條紙帶必須滿足在小車上所加砝碼的質(zhì)量遠(yuǎn)大于砂和砂桶的總質(zhì)量的條件下進(jìn)行，只有如此，砂和砂桶的總重力才可視為小車所受的拉力．3．改變拉力和小車質(zhì)量后，每次開始時(shí)小車應(yīng)盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(或盡量遠(yuǎn)離帶滑輪的一端)，并應(yīng)先接通電源，再放開小車，且在小車到達(dá)滑輪前應(yīng)按住小車．4．各紙帶上的加速度a，都應(yīng)是該紙帶上的平均加速度．5．作圖象時(shí)，要使盡可能多的點(diǎn)在所作直線上，不在直線上的點(diǎn)應(yīng)盡可能對稱分布在所作直線兩側(cè)．8.誤差分析1．因?qū)嶒?yàn)原理不完善引起的誤差．本實(shí)驗(yàn)用砂和砂桶的總重力(m′＋M′)g代替小車的拉力，而實(shí)際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)量越接近小車和砝碼的總質(zhì)量，誤差越大，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?，滿足砂和砂桶的總質(zhì)量m遠(yuǎn)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?yàn)原理不完善而引起的誤差．此誤差可因m?M而減小，但不可能消去此誤差．證明如下：9.小車和砂桶的受力情況如圖所示．對小車：F＝Ma對砂桶：mg－F＝ma可見當(dāng)M?m時(shí)，F(xiàn)＝mg.10.2．摩擦力平衡不準(zhǔn)確、質(zhì)量測量不準(zhǔn)、記數(shù)點(diǎn)間距測量不準(zhǔn)、紙帶拉線不嚴(yán)格與木板平行也是引起誤差的原因．11.命題規(guī)律根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)利用圖象法處理，會作圖象，會根據(jù)圖象建立加速度、質(zhì)量、外力的關(guān)系．12.[考例1](2009·江蘇)“探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示．13.(1)在平衡小車與桌面之間摩擦力的過程中，打出了一條紙帶如圖乙所示．計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的時(shí)間間隔為0.02s.從比較清晰的點(diǎn)起，每5個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，量出相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離，該小車的加速度a＝________m/s2.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(2)平衡摩擦力后，將5個(gè)相同的砝碼都放在小車上．掛上砝碼盤，然后每次從小車上取一個(gè)砝碼添加到砝碼盤中，測量小車的加速度．小車的加速度a與砝碼盤中砝碼總重力F的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表：14.請根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出a—F的關(guān)系圖象．砝碼盤中砝碼總重力F(N)0.1960.3920.5880.7840.980加速度a(m·s－2)0.691.181.662.182.7015.(3)根據(jù)提供的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出的a—F圖線不通過原點(diǎn)．請說明主要原因．[解析](1)由題意知t＝0.1s，Δs＝(3.68－3.52)×10－2m.根據(jù)Δs＝at2，得a＝0.16m/s2.(2)根據(jù)圖中數(shù)據(jù)，合理地設(shè)計(jì)橫縱坐標(biāo)的刻度值，使圖線的傾斜程度不至于太大，也不至于太小，45°左右為宜，由此確定G的范圍從0設(shè)置到1N較合適，而a則從0到3m/s2較合適．(3)與縱坐標(biāo)相交而不過原點(diǎn)，說明當(dāng)不掛砝碼時(shí)，小車仍有加速度，即未計(jì)入砝碼盤的重力．16.[答案](1)0.16(0.15也算對)(2)見下圖．(3)未計(jì)入砝碼盤的重力．17.如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置可以探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系，小車上固定一個(gè)盒子，盒內(nèi)盛沙子．沙桶的總質(zhì)量(包括桶以及桶內(nèi)沙子質(zhì)量)記為m，小車的總質(zhì)量(包括車、盒子及盒內(nèi)沙子質(zhì)量)記為M.18.(1)驗(yàn)證在質(zhì)量不變的情況下，加速度與合外力成正比：從盒子中取出一些沙子，裝入沙桶中，稱量并記錄沙桶的總重力mg將該力視為合外力F，對應(yīng)的加速度a則從打下的紙帶中計(jì)算得出，多次改變合外力F的大小，每次都會得到一個(gè)相應(yīng)的加速度，本次實(shí)驗(yàn)中，桶內(nèi)的沙子取自小車中，故系統(tǒng)的總質(zhì)量不變．以合外力F為橫軸，以加速度a為縱軸，畫出a－F圖象，圖象是一條過原點(diǎn)的直線．19.①a－F圖象斜率的物理意義是________．②你認(rèn)為把沙桶的總重力mg當(dāng)作合外力F是否合理？答：________.(填“合理”或“不合理”)③本次實(shí)驗(yàn)中，是否應(yīng)該滿足M?m這樣的條件？答：________(填“是”或“否”)；理由是________．(2)驗(yàn)證在合外力不變的情況下，加速度與質(zhì)量成反比：保持桶內(nèi)沙子質(zhì)量m不變，在盒子內(nèi)添加或去掉一些沙子，驗(yàn)證加速度與質(zhì)量的關(guān)系．本次實(shí)驗(yàn)中，桶內(nèi)的沙子總質(zhì)量不變，故系統(tǒng)所受的合外力不變．用圖象法處理數(shù)據(jù)時(shí)，以加速度a為縱軸，應(yīng)該以________倒數(shù)為橫軸．20.[解析](1)將車內(nèi)的沙子轉(zhuǎn)移到桶中，就保證了M＋m不變，即系統(tǒng)的總質(zhì)量不變，研究對象是整個(gè)系統(tǒng)，

可見a－F圖象斜率的物理意義是

，系統(tǒng)的合外力就等于所懸掛沙桶的重力mg，不必滿足M?m這樣的條件．(2)向小車內(nèi)添加或去掉部分沙子是改變系統(tǒng)的總質(zhì)量M＋m，而系統(tǒng)的合外力仍等于所懸掛沙桶的重力mg，保證了合外力不變．21.[答案](1)①

②合理③否因?yàn)閷?shí)驗(yàn)的研究對象是整個(gè)系統(tǒng)，系統(tǒng)受到的合外力就等于mg(2)M＋m22.命題規(guī)律根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行創(chuàng)新，考查遷移能力，靈活運(yùn)用所學(xué)知識的能力．23.[考例2]如圖甲，質(zhì)量為M的滑塊A放在氣墊導(dǎo)軌B上，C為位移傳感器，它能將滑塊A到傳感器C的距離數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到計(jì)算機(jī)上，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后在屏幕上顯示滑塊A的位移—時(shí)間(x－t)圖象和速率—時(shí)間(v－t)圖象．整個(gè)裝置置于高度可調(diào)節(jié)的斜面上，斜面的長度為l、高度為h.(取重力加速度g＝9.8m/s2，結(jié)果可保留一位有效數(shù)字)24.(1)現(xiàn)給滑塊A一沿氣墊導(dǎo)軌向上的初速度，A的v－t圖線如圖乙所示．從圖線可得滑塊A下滑時(shí)的加速度a＝________m/s2，摩擦力對滑塊A運(yùn)動的影響________．(填“明顯，不可忽略”或“不明顯，可忽略”)25.(2)此裝置還可用來驗(yàn)證牛頓第二定律，實(shí)驗(yàn)是通過改變________，可驗(yàn)證質(zhì)量一定時(shí)，加速度與力成正比的關(guān)系；通過改變________，可驗(yàn)證力一定時(shí)，加速度與質(zhì)量成反比的關(guān)系．(3)將氣墊導(dǎo)軌換成滑板，滑塊A換成滑塊A′，給滑塊A′一沿滑板向上的初速度，A′的x－t圖線如圖丙．圖線不對稱是由于________造成的，通過圖線可求得滑板的傾角θ＝________(用反三角函數(shù)表示)，滑塊與滑板間的動摩擦因數(shù)μ＝________.26.27.[解析](1)因v－t圖的斜率表示加速度，由圖可知滑塊A可見摩擦力對運(yùn)動的影響不明顯，可忽略．28.(2)當(dāng)摩擦力為零時(shí)，滑塊A所受合力F＝Mgsinθ＝Mg，所以可通過改變h，驗(yàn)證質(zhì)量一定時(shí)加速度與力的關(guān)系，通過改變M、h，且使M×h不變，驗(yàn)證力一定時(shí)，加速度與質(zhì)量成反比的關(guān)系．

(3)圖象不對稱表明上滑與下滑過程中A′的加速度不相等，是由于滑動摩擦力造成的．由圖象可知，上滑與下滑的位移均為x＝0.64m，上滑時(shí)間t1＝0.4s，下滑時(shí)間t2＝0.6s.由x＝ 可得，上滑加速度a1＝8.0m/s2，下滑加速度a2＝3.6m/s2.由牛頓第二定律得a1＝gsinθ＋μgcosθ，a2＝gsinθ－μgcosθ聯(lián)立得θ＝arcsin0.6，μ＝0.3.29.[答案](1)5.8不明顯，可忽略(2)斜面高度h滑塊A的質(zhì)量M及斜面的高度h，且使Mh不變(3)滑動摩擦力arcsin0.60.330.某實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系．開始時(shí)閉合開關(guān)，電磁鐵將A、B兩個(gè)小車吸住，斷開開關(guān)，兩小車同時(shí)在細(xì)繩拉力作用下在水平桌面上沿同一直線相向運(yùn)動．實(shí)驗(yàn)中始終保持小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于托盤和砝碼的質(zhì)量，實(shí)驗(yàn)裝置中各部分摩擦阻力可忽略不計(jì)．31.①該小組同學(xué)認(rèn)為，只要測出小車A和B由靜止釋放到第一次碰撞通過的位移s1、s2，即可得知小車A和B的加速度a1、a2的關(guān)系是

.你認(rèn)為這個(gè)實(shí)驗(yàn)方案的優(yōu)點(diǎn)是________．32.②實(shí)驗(yàn)時(shí)，該小組同學(xué)保持兩小車質(zhì)量相同且不變，改變左、右托盤內(nèi)的砝碼的重力，測量并記錄對應(yīng)拉力下車A和B通過的位移s1和s2.經(jīng)過多組數(shù)據(jù)分析得出了小車運(yùn)動的加速度與所受拉力的關(guān)系．如果要繼續(xù)利用此裝置驗(yàn)證小車的加速度與小車質(zhì)量的關(guān)系，需要控制的條