【志鴻優(yōu)化系列】高中物理 4.2實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系（1）課件 新人教必修1

2實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系

學(xué)點(diǎn)1加速度與力的關(guān)系

(1)控制變量法

在研究物體的加速度與它受的力、它的質(zhì)量間的關(guān)系時(shí)，因?yàn)樯婕暗饺齻€(gè)物理量，為了研究問(wèn)題的方便，可采取分別使一個(gè)量不變，而研究另外兩個(gè)量之間關(guān)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(guān)系①實(shí)驗(yàn)思路：保持物體的質(zhì)量m一定，測(cè)量物體在不同力F作用下的加速度a，分析a與F的關(guān)系。②實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析：設(shè)計(jì)如下的表格，記錄數(shù)據(jù)。

在圖4-2-1所示坐標(biāo)上，作出a-F圖象。分析圖像，若圖象是過(guò)原點(diǎn)的直線，則a∝F

由此得出，在質(zhì)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(xué)點(diǎn)2加速度與質(zhì)量的關(guān)系

(1)保持物體所受的力F一定，測(cè)量不同質(zhì)量m的物體在力F作用下的加速度a，分析a與m的關(guān)系。

(2)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析：設(shè)計(jì)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(jiǎn)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(biāo)系，作a-1/m圖象，如圖4-2-2所示。

分析：若圖象是過(guò)原點(diǎn)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(shí)，應(yīng)使盡可能多的點(diǎn)在直線上，不在直線上的點(diǎn)均勻分布于直線兩側(cè)，偏離太大的點(diǎn)應(yīng)舍棄掉?！纠?】用如圖4-2-3所示的裝置研究在作用力F一定時(shí)，小車(chē)的加速度a與小車(chē)質(zhì)量M的關(guān)系，某位同學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)步驟如下：

A.用天平稱(chēng)出小車(chē)和小桶及內(nèi)部所裝砂子的質(zhì)量；

B.按圖裝好實(shí)驗(yàn)器材；

C.把輕繩系在小車(chē)上并繞過(guò)定滑輪懸掛砂桶；

D.將電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在6V電壓的蓄電池上，接通電源，放開(kāi)小車(chē)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列點(diǎn)，并在紙帶上標(biāo)明小車(chē)質(zhì)量；

E.保持小桶及其中砂子的質(zhì)量不變，增加小車(chē)上的砝碼個(gè)數(shù)，并記錄每次增加后的M值，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)；

F.分析每條紙帶，測(cè)量并計(jì)算出加速度的值；

G.作a-M關(guān)系圖象，并由圖象確定a-M關(guān)系。

(1)該同學(xué)漏掉的重要實(shí)驗(yàn)步驟是____，該步驟應(yīng)排在____步實(shí)驗(yàn)之后。

(2)在上述步驟中，有錯(cuò)誤的是______，應(yīng)把改為_(kāi)______。

(3)在上述步驟中，處理不恰當(dāng)?shù)氖莀_____，應(yīng)把改為_(kāi)_______。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(xué)生電源(3)Ga-M

a-1/M實(shí)驗(yàn)中把小桶及其中砂子的重力看做與小車(chē)所受拉力大小相等，沒(méi)有考慮摩擦力，故必須平衡摩擦力。電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在6V電壓的蓄電池上將無(wú)法工作，必須接在6V以下交流電壓的學(xué)生電源上。作a-M關(guān)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(guān)系圖象。1.在探究a與F、m關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中，下列說(shuō)法中正確的是()A.平衡摩擦力時(shí)，小桶應(yīng)用細(xì)線通過(guò)定滑輪系在小車(chē)上，但小桶內(nèi)不能裝砂子

B.實(shí)驗(yàn)中無(wú)需始終保持小車(chē)和砝碼的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于砂子和小桶的質(zhì)量

C.實(shí)驗(yàn)中如用縱坐標(biāo)表示加速度，用橫坐標(biāo)表示小車(chē)和車(chē)內(nèi)砝碼的總質(zhì)量，描出相應(yīng)的點(diǎn)在一條直線上時(shí)，即可證明加速度與質(zhì)量成反比

D.平衡摩擦力時(shí)，小車(chē)后面的紙帶必須連好，因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)過(guò)程中紙帶也要受到阻力D學(xué)點(diǎn)3制定實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理

(1)本實(shí)驗(yàn)有三個(gè)需測(cè)量的物理量：a、F、m。質(zhì)量可用天平測(cè)量,a與F如何測(cè)量？①怎樣測(cè)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(yùn)動(dòng)，測(cè)量位移x和時(shí)間t，由a=2x/t2計(jì)算。

b.用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打紙帶，由紙帶上的點(diǎn)求出，根據(jù)Δx=at2，測(cè)出a。

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

a1/a2=x1/x2圖4-2-4②怎樣提供和測(cè)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(gè)質(zhì)量相同的小車(chē)放在光滑水平面上，小車(chē)的前端各系上細(xì)繩，繩的另一端跨過(guò)定滑輪各掛一個(gè)小盤(pán)，(2)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理可以采用計(jì)算法和圖象法兩種不同的方法①計(jì)算法：測(cè)得加速度或加速度之比(等于位移之比)后，通過(guò)計(jì)算看看是否滿足a1/a2=F1/F2、a1/a2=m2/m1。②圖象法：測(cè)得加速度后，以拉力F為橫坐標(biāo)、加速度a為縱坐標(biāo)，描繪a-F圖象，看看圖象是否為過(guò)原點(diǎn)的傾斜直線；以1/m為橫坐標(biāo)，加速度a為縱坐標(biāo)，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(guò)原點(diǎn)的傾斜直線?；蛘咴跍y(cè)得加速度之比(等于位移之比)后，以兩車(chē)?yán)χ菷2/F1為橫坐標(biāo)、加速度之比a2/a1為縱坐標(biāo)，描繪圖象，看看圖象是否為過(guò)原點(diǎn)的傾斜直線；以質(zhì)量之比m1/m2為橫坐標(biāo)、加速度之比a2/a1為縱坐標(biāo)，描繪圖象，看看圖象是否過(guò)原點(diǎn)的傾斜直線。盤(pán)中放有數(shù)目不等的砝碼，使兩個(gè)小車(chē)自靜止開(kāi)始在不同拉力作用下勻加速運(yùn)動(dòng)，小車(chē)所受拉力F的大小可以認(rèn)為等于砝碼和盤(pán)所受重力的大小(保證小車(chē)質(zhì)量比砝碼和盤(pán)質(zhì)量大得多)，小車(chē)后端系上細(xì)繩，用一只夾子夾住，以同時(shí)控制兩小車(chē)，使兩車(chē)同時(shí)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)停止，分別測(cè)出兩小車(chē)的位移x和受力F的大小，據(jù)x=(1/2)at2知，在時(shí)間t相同的前提下，x∝a，通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析從而得出a與F的關(guān)系。提示：利用圖象處理數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)：(1)直觀地看出兩個(gè)物理量間的關(guān)系；(2)有效減小實(shí)驗(yàn)誤差，并排除實(shí)驗(yàn)中的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)。(3)結(jié)論①當(dāng)m不變時(shí)，得到的a-F圖象如圖4-2-5所示。圖象表明：當(dāng)m一定時(shí)，在誤差范圍內(nèi)，a與F成正比。②當(dāng)F不變時(shí)，得到的a-1/m圖象如圖4-2-5乙所示。圖象表明：當(dāng)F一定時(shí)，在誤差范圍內(nèi)，a與m成反比。圖4-2-5

(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器必須使用交流電源，不能使用干電池；為保證細(xì)繩對(duì)小車(chē)的拉力作為小車(chē)所受的合力，實(shí)驗(yàn)前必須平衡摩擦力，該裝置卻沒(méi)有平衡摩擦力；為了在紙帶上打下更多的點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)時(shí)小車(chē)的初始位置離打點(diǎn)計(jì)時(shí)器不可太遠(yuǎn)。

(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(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中。

(1)某同學(xué)在接通電源進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前，將實(shí)驗(yàn)器材組裝如圖4-2-6所示。請(qǐng)你指出該裝置中錯(cuò)誤或不妥之處：_________________________________________________________________________________________________________。

(2)改正實(shí)驗(yàn)裝置后，該同學(xué)順利地完成了實(shí)驗(yàn)。圖4-2-7是他在實(shí)驗(yàn)中得到的一條紙帶，圖中相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為0.1s，由圖中的數(shù)據(jù)可算得小車(chē)的加速度

a=_______m/s2。應(yīng)接交流電源；實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有平衡小車(chē)的摩擦力；小車(chē)的初始位置離打點(diǎn)計(jì)時(shí)器太遠(yuǎn)圖4-2-6圖4-2-70.195打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作時(shí)不應(yīng)接干電池，2.為了了探探究究加加速速度度與與力力、、質(zhì)質(zhì)量量的的關(guān)關(guān)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(chē)車(chē)，，B為電電火火花計(jì)計(jì)時(shí)時(shí)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(zhǎng)長(zhǎng)方方形形木木板板，，實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)中中認(rèn)認(rèn)為為細(xì)細(xì)繩繩對(duì)小小車(chē)車(chē)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(zhì)質(zhì)量量。。請(qǐng)思思考考探探究究思思路路并并回回答答下下列列問(wèn)問(wèn)題題：：(1)為了了消消除除小小車(chē)車(chē)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(yīng)應(yīng)采采取取什什么么做做法法？？______。(2)在探探究究加車(chē)的質(zhì)量m，分別得到小車(chē)的加速度a與質(zhì)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(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)，，用用計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)繪繪出出a-m圖象象如如圖圖4-2-9所示。序號(hào)12345小車(chē)的加速度a/(m·s-2)0.780.380.250.200.16小車(chē)的質(zhì)量m/kg0.200.400.600.801.00(1)把木板的右端端(或安裝電火花花計(jì)時(shí)器的那那端)適當(dāng)墊高，以以平衡摩擦力力(2)如圖所示(3)實(shí)驗(yàn)前未平衡衡摩擦力或平平衡摩擦力不不充分通過(guò)對(duì)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(guān)系可能是是:a∝m-1、a∝m-2、a∝m-3…，為了驗(yàn)證猜猜想，請(qǐng)?jiān)趫D圖4-2-9乙中作出最能能直觀反映a與m之間關(guān)系的圖圖象。圖4-2-10(3)在探究加速度度與力的關(guān)系系時(shí)，保持小小車(chē)的質(zhì)量不不變，改變小小桶中砝碼的的質(zhì)量，該同同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(guò)坐標(biāo)標(biāo)原點(diǎn)，試分分析圖線不通通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)點(diǎn)的原因是_________________。2.在“探究加速速度與力、質(zhì)質(zhì)量的關(guān)系””的實(shí)驗(yàn)中，，備有下列器器材：A.電火花計(jì)時(shí)器器；B.天平；C.秒表；D.交流電源；E.電池；F.紙帶；G.細(xì)繩、砝碼、、鉤碼、滑塊塊(可騎在氣墊導(dǎo)導(dǎo)軌上)；H.氣墊導(dǎo)軌(一端帶定滑輪輪)；I.毫米刻度尺；；J.小型氣泵。(1)實(shí)驗(yàn)應(yīng)選用的的器材有______________；實(shí)驗(yàn)研究的的對(duì)象_______________________。(2)本實(shí)驗(yàn)驗(yàn)分兩兩大步步驟進(jìn)進(jìn)行：：①_______________________；②________________________。1.某學(xué)生生在做做“探探究加加速度度與力力、質(zhì)質(zhì)量的的關(guān)系系”的的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)時(shí)，，在平平衡摩摩擦力力時(shí)把把長(zhǎng)木木板的的一端端墊得得過(guò)高高，使使得傾傾角偏偏大。。他所所得到到的a-F關(guān)系圖圖象應(yīng)應(yīng)是下下列哪哪一個(gè)個(gè)？(a是小車(chē)車(chē)的加加速度度，F(xiàn)是細(xì)線線作用用于小小車(chē)的的拉力力)()C研究F一定時(shí)時(shí)a與m的關(guān)系系A(chǔ)BDFGHIJ騎在氣氣墊導(dǎo)導(dǎo)軌上的的滑塊塊研究m一定時(shí)時(shí)a與F的關(guān)系系3.用斜面面、小小車(chē)、、小盤(pán)盤(pán)、砝砝碼、、打點(diǎn)點(diǎn)計(jì)時(shí)時(shí)器等等做““探究究加速速度與與力、、質(zhì)量量的關(guān)關(guān)系””的實(shí)實(shí)驗(yàn)中中，得得到如如圖4-2-11所示的的紙帶帶，相相鄰計(jì)計(jì)數(shù)點(diǎn)點(diǎn)間的的時(shí)間間間隔隔為T(mén)，且x1、x2、x3、…、x6已測(cè)量量出。。(1)a=[(x6+x5+x4)-(x3+x2+x1)]/(9T2)(2)沒(méi)有平平衡摩摩擦力力或平平衡摩摩擦力力時(shí)，，木板板與水水平面面的夾夾角過(guò)過(guò)小，，即平平衡摩摩擦力力不足足(3)兩小車(chē)車(chē)以及