高中物理第四章牛顿运动定律第2课时实验探究加速度与力质量的关系课时达标训练新人教必修.docx

第2课时 实验探究加速度与力、质量的关系前基础预习l 实验器材小车、砝码、小桶、砂、细线、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、交流电源、纸带、刻度尺、天平l 实验原理实验的基本思想控制变量法1保持研究对象即小车的质量不变，改变小桶内砂的质量，即改变作用力，测出小车的对应加速度，验证加速度是否正比于作用力2保持小桶中砂的质量不变，即保持作用力不变，改变研究对象的质量，测出对应不同质量的加速度，验证加速度是否反比于质量l 实验方案的设计1三个物理量的测量方法近似法放在长木板上的小车在拉力的作用下做匀加速直线运动(装置如图所示)小车质量的测量利用天平测出，在小车上增减砝码可改变小车的质量拉力的测量当小桶和砂的质量远小于小车的质量时，可以认为小桶和砂的重力近似等于对小车的拉力，即Fmg.加速度的测量：逐差法2实验数据的处理方法图象法、“化曲为直”法研究加速度a和力F的关系以加速度a为纵坐标，以力F为横坐标，根据测量数据描点，然后作出图象，如图所示，若图象是一条通过原点的直线，就能说明a与F成正比研究加速度a与物体质量m的关系如图甲所示，因为am图象是曲线，检查am图象是不是双曲线，就能判断它们之间是不是反比例关系，但检查这条曲线是不是双曲线，相当困难若a和m成反比，则a与必成正比我们采用“化曲为直”的方法，以a为纵坐标，以为横坐标，作出a图象，若a图象是一条过原点的直线，如图乙所示，说明a与成正比，即a与m成反比l 实验步骤1用天平测出小车的质量M，并把数值记录下来2按图所示的装置把实验器材安装好3平衡摩擦力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫一木块，多次移动木块位置，直到轻推小车，使小车在斜面上运动时可保持匀速直线运动为止4在小桶里放入适量的砂，在小车上加放适量的砝码，用天平测出小桶和砂的质量m，并记录下来接通电源，放开小车，待打点计时器在纸带上打好点后取下纸带5保持小车的质量不变，改变砂和小桶的质量，按步骤4再做5次实验6在每条纸带上选取一段比较理想的部分，算出每条纸带对应的加速度的值并记录在表格的相应位置次数123456小车加速度a/(ms2)砂和小桶的质量m/kg拉力F/N7.用纵坐标表示加速度，横坐标表示作用力，根据实验结果画出小车运动的aF图象，从而得出aF的关系8保持砂和小桶的质量不变，在小车上加放砝码，重复上面的实验，求出相应的加速度，并设计表格如下根据实验结果画出小车运动的a图象，从而得出aM的关系.次数123456小车加速度a/(ms2)小车质量M/kg/kg19.整理实验器材，结束实验l 注意事项1实验中应先接通电源后释放小车2在平衡摩擦力时，不要悬挂小桶，但小车应连着纸带且接通电源用手轻轻地给小车一个初速度，如果在纸带上打出的点间隔均匀，表明小车受到的阻力跟它受到的重力沿斜面向下的分力平衡3改变砂的质量过程中，要始终保证砂桶(包括砂)的质量远小于小车的质量4作图时应使所作的直线通过尽可能多的点，不在直线上的点也要尽可能地分布在直线的两侧，但若遇到个别偏离较远的点可舍去堂达标练习？1用如图所示的装置探究在作用力F一定时，小车的加速度a与小车质量M的关系，某位同学设计的实验步骤如下：A用天平称出小车和小桶及其内部所装砂子的质量B按图装好实验器材C把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂砂桶D将电磁打点计时器接在6 V电压的蓄电池上E先放开小车，再接通电源，打点计时器在纸带上打下一系列点，并在纸带上标明小车质量F保持小桶及其内部所装砂子的质量不变，增加小车上的砝码个数，并记录每次增加后的M值，重复上述实验G分析每条纸带，测量并计算出加速度的值H作aM关系图象，并由图象确定aM关系(1)该同学漏掉的重要实验步骤是_，该步骤应排在实验步骤_之后(2)在上述步骤中，有错误的是_、_，应改为_(3)在上述步骤中，处理不恰当的是_，应把_改为_思路点拨：“平衡摩擦力”是本实验一个很重要的步骤，目的是使小车在运动方向上只受绳拉力，使问题更简单.要判断a与M是否成反比，根据a，只需判断a -图象是否是过原点的直线即可.(1)平衡摩擦力B(2)D、ED中“6 V电压的蓄电池”改为“46 V交流电压的学生电源”E中“先放开小车，再接通电源”改为“先接通电源，再放开小车”(3)H作aM关系图象作a关系图象解析：实验中把小桶及其内所装砂子的重力看做与小车所受的拉力大小相等，实验中没有考虑摩擦力的作用，故必须平衡摩擦力电磁打点计时器接在6 V电压的蓄电池上将无法工作，必须接在46 V交流电压的学生电源上作aM关系图象，得到的是双曲线，很难作出正确的判断，必须“化曲为直”，改为作a关系图象？2某同学设计了一个“探究加速度与力、质量的关系”实验如图所示为实验装置简图，A为小车，B为电火花计时器，C为装有砝码的小桶，D为一端带有定滑轮的长方形木板电源频率为50 Hz. (1)平衡摩擦力后，可认为细绳对小车的拉力F等于砝码和小桶的总重力，需满足的条件是_(2)图为某次实验得到的纸带(纸带上的点为实际打下的点)，根据图中的纸带和相关数据可求出小车的加速度大小a_m/s2.(结果取两位有效数字) (3)在“探究加速度与质量的关系”时，保持砝码和小桶的总质量不变，改变小车质量M，分别得到小车加速度a与质量M的数据如下表：次数123456789小车加速度a/(ms2)1.981.721.481.251.000.750.480.500.30小车质量M/kg0.250.290.330.400.500.710.751.001.67/kg1根据上表数据，为直观反映F不变时a与M的关系，请在图所示坐标纸中选择恰当的物理量建立坐标系，并作出图线(如有需要，可利用上表中空格)思路点拨：处理纸带求解加速度时需用“逐差法”.(1)砝码和小桶的总质量远小于小车的质量(2)3.2(3)见解析解析：(1)平衡摩擦力后，设砝码和小桶的总质量为m，小车的质量为M，对小车、小桶组成的系统，由牛顿第二定律得mg(mM)a，解得a，可见，当Mm时，a.以小车为研究对象，当满足条件“砝码和小桶的总质量远小于小车质量”时，可认为细绳对小车的拉力F等于砝码和小桶的总重力；(2)从题图中所给数据可以求得T0.04 s，a3.2 m/s2；(3)利用上表中空格，先求出小车质量的倒数，然后建立a坐标系，作出a图线次数123456789小车加速度a/(ms2)1.981.721.481.251.000.750.480.500.30小车质量M/kg0.250.290.330.400.500.710.751.001.67/kg14.003.453.032.502.001.411.331.000.60后综合测验1.在利用打点计时器探究加速度与力、质量的关系的实验中，以下做法正确的是()A平衡摩擦力时，应将重物用细绳通过定滑轮系在小车上B每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力C实验时，先放开小车，后接通电源D“重物的质量远小于小车的质量”这一条件如不满足，对探究过程也不会产生影响2如图所示，在探究加速度和力、质量的关系的实验中，若1、2两个相同的小车所受拉力分别为F1、F2，车中所放砝码的质量分别为m1、m2，打开夹子后经过相同的时间两车的位移分别为x1、x2，则在实验误差允许的范围内，有()A当m1m2、F12F2时，x12x2B当m1m2、F12F2时，x22x1C当F1F2、m12m2时，x12x2D当F1F2、m12m2时，x22x13利用如图甲所示的装置探究“质量一定，加速度与力的关系”实验时，甲同学根据实验数据画出的小车的加速度a和小车所受拉力F的图象如图乙中的直线所示，乙同学画出的aF图象如图乙中的直线所示直线、在两个坐标轴上的截距都比较大，明显超出了误差范围，下面关于形成这种状况的解释正确的是()A实验前甲同学没有平衡摩擦力B甲同学在平衡摩擦力时，把长木板不带滑轮的一端垫得过高了C实验前乙同学没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够D乙同学在平衡摩擦力时，把长木板不带滑轮的一端垫得过高了4.某同学在做“验证牛顿第二定律”的实验时,不慎将已平衡好摩擦力的长木板下面垫的小木片向远离定滑轮端移动一段距离而没有发现,那么描绘出来的aF图象应是下图中的哪一个?( )A. B. C. D. 5.为了探究加速度与力的关系,使用如图所示的气垫导轨装置进行实验,其中G1、G2为两个光电门,它们与数字计时器相连,当滑行器通过G1、G2光电门时,光束被遮挡的时间t1、t2都可以被测量并记录,滑行器连同上面固定的一条形挡光片的总质量为M,挡光片宽度为D,光电门间距离为s,牵引砝码的质量为m,回答下列问题:(1)实验开始应先调节气垫导轨下面的螺钉,使气垫导轨水平,在不增加其他仪器的情况下,如何判定是否到位?(2)若取M=0.4kg,改变m的值进行多次实验,以下m的取值不合适的一个是_(填字母序号).A.m=5g B.m=15g C.m=40g D.m=400g(3)在此实验中,需要测得每一个牵引力对应的加速度a,a的表达式为:_(用t1、t2、D、s表示). 6.在“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图所示.按如图所示的装置安装好器材;调节滑轮,使细绳与木板平行;调节木板的倾角以平衡摩擦力.(1)依次在砝码盘中添加砝码,接通电源,释放小车,每次打出来的纸带均从打点计时器打下的起点开始取计数点,每隔4个点取一个计数点,共取5个计数点,其示意图如图所示.若测得计数点“0”与“4”间的距离为x,已知交流电的频率为f,相邻两计数点间还有四个点没有画出.则小车运动时的加速度大小a=_(用f和x表示),由此可见,在小车作初速度为0的匀加速运动时,小车运动的加速度a与小车在相同时间内的位移x成_(填“正比”或“反比”)(2)保持小车的质量不变,改变砝码盘中砝码的质量,重复上述实验,记录砝码盘和砝码总重力F、在相同时间内小车的位移x的实验数据如下表所示,现已将前