人教版必修一知识讲解实验探究加速度与力质量关系

人教版必修一知识解说实验研究加快度与力、质量关系人教版必修一知识解说实验研究加快度与力、质量关系8/8人教版必修一知识解说实验研究加快度与力、质量关系人教版必修一知识解说：实验：研究加快度与力、质量的关系实验：研究加快度、力、质量之间的关系【学习目标】1．掌握在研究三个物理量之间关系时，常用的控制变量法2．理解物体的加快度大小与力相关，也与质量相关3．经过实验研究加快度与力和质量的定量关系4．依照原理去设计实验，办理实验数据，得出结论5．会分析数据表格，利用图象追求物理规律【要点梳理】要点一、怎样测量（或比较）物体的加快度1．物体做初速为0的匀加快直线运动，测量物体加快度最直接的方法就是用刻度尺测量位移并用秒表测2x量时间，由公式at2算出加快度。2．能够在运动物体上连一条纸带，经过打点计时器打点来测量加快度。3．也能够不测加快度的详细数值，而测不同样样状况下（即不同样样受力时、不同样样质量时）物体加快度的比值。依照a2x0的匀加快运动在同样时间内发生的位移t2，测出两初速度为12x、x，位移比就是加快度之比，即a1x1。a2x2要点二、怎样供应和测量物体所受的恒力在现实中，仅受一个力的状况几乎是不存在的。一个单独的力的作用奏效与跟它大小、方向都同样的协力的作用奏效是同样的，因此，在实验中我们只要测出物体所受的协力即可。怎样为运动的物体供应一个恒定的协力？又怎样测出这个协力呢？能够在绳的一端挂钩码，另一端超出定滑轮拉物体，使物体做匀加快运动的力就是物体的协力，这个协力等于钩码的重力。经过测量钩码的重力即可测得物体所受的协力。要点三、平衡摩擦力依照上面的方案中做匀变速运动的物体，受的协力其实不等于钩码的重力。这是由于物体在相对运动，还要碰到滑动摩擦力。怎样减小滑动摩擦力，使我们所测得的钩码重力尽可能凑近于物体所受的协力？①使用圆滑的木板；②平衡滑动摩擦力。将木板一端垫高，让物体从木板上匀速滑下，此时物体的重力分力就等于物体所受的摩擦力。③平衡摩擦力后，当小车的质量发生改变时，不用再平衡摩擦力。这是由于mgsinmgcos，等式的两边质量能够抵消，即与物体的质量大小没相关系。要点四、怎样办理实验数据本实验的数据办理能够采用计算法和图象法两种不同样样的方法：1．计算法测得加快度或加快度之比（等于位移之比）后，经过计算看看可否知足a1F1、a1m2a2F2a2m12．图象法测得加快度后，用拉力F为横坐标，加快度a为纵坐标，描述a—F图象，看看图象可否为过原点的1/8人教版必修一知识解说：实验：研究加快度与力、质量的关系倾斜直线；用1为横坐标，加快度a为纵坐标，描述a—1图象，看看图象可否为过原点的倾斜直线。mmF2/F1为横坐标，两车位移之比x2/x1表示加也许在测得加快度之比（等于位移之比）后，用两车拉力之比速度之比a2/a1为纵坐标，描述a—F图象，看看图象可否为过原点的倾斜直线；用m1/m2为横坐标，加快度a/a为纵坐标，描述a—1图象，看看图象可否为过原点的倾斜直线。21m要点五、实验注意事项1．牵引小车的砝码应有10g、20g、50g等规格。没有小规格砝码，可用沙桶装沙取代，质量用天平称量。2．研究加快度与力的关系：小车质量为200g，两车上面均可加100g左右的砝码。保持其中一个小车所挂砝码不变（如20g），另一小车所挂砝码渐渐加大，但不要过大。砝码质量过大，会使图象线性变差。3．研究加快度与质量的关系：一车质量固定为300g，另一车质量可自200g起，逐次增加砝码至700g~800g。牵引小车的砝码以30g~40g为宜。小车质量过大，夹子不简单夹住车后拖线，造成位移误差。4．小车后所系线绳要用合适粗些的棉绳，当夹子夹住线绳时不会滑动。若是用表面较圆滑的尼龙绳，当夹子闭合时线绳还会被小车拖一段距离才会停住。解决的方法可在尼龙绳上擦一些松香，以增大线绳与夹子之间的摩擦力。5．选择口宽、弹力大的夹子，使夹子张开和闭合动作要矫捷有力。动作迟缓，会使某些夹子张开夹口时两侧张开的程度不同样样样，张开较小的一侧所控制的小车拖绳受阻，影响到小车运动。6．注意小车运动停止的地址不能够与定滑轮相碰。实验中若是小车碰到定滑轮才松手让夹子夹住拖线，则与定滑轮相碰的小车位移偏小而产生误差。要点六、实验误差分析因实验原理不圆满引起的误差．本实验用砂和砂桶的总重力(mM)g取代小车的拉力，而实质小车所受的拉力要小于砂和砂桶的总重力．砂和砂桶的总质量越凑近小车和砝码的总质量，误差越大；反之，砂和砂桶的总质量越小于小车和砝码的总质量，由此引起的误差就越小．因此，知足砂和砂桶的总质量m远小于小车和砝码的总质量M的目的就是为了减小因实验原理不圆满而引起的误差．此误差可因m?M而减小，但不能够能除去此误差．证明以下：小车和砂桶的受力状况以以以下列图．对小车：FMa，①对砂桶：mgFma，②解得：FMmgmg．Mmm1M可见当时m?M时，Fmg．【说明】上面的证明在这里讲的目的，旨在使同学们懂得为什么实验中要m?M，不要求同学们会办理这类问题．这个问题在学完本章今后领悟就更好．2/8人教版必修一知识解说：实验：研究加快度与力、质量的关系2.平衡摩擦严禁造成误差．实验原理中设定为圆滑水平面状况，因此实验中应平衡摩擦力，若未平衡摩擦力或平衡不妥就会带来系统误差．①如出现图(甲)中①的直线，说明平衡摩擦力时，平衡过大了．即拉力F＝0时，已产生加快度，其加快度是由节余重力的分力形成的．出现图(甲)中②的直线，说明平衡摩擦力不够，由于拉力大于F0时才产生加快度．②出现图(乙)中①②直线的原因分析以下：平衡摩擦力后，小车在木板上的受力应有木板与水平面间的夹角．

Fmgsinmgcos＝ma(*)，其中F为绳拉力，θ为若未平衡摩擦力，则θ＝0，(*)式为Fmg＝ma，F必然，只有m小到必然程度，即1大到必然m程度，才有Fmg＞0，才能产生加快度．由图(乙)知，②线为未平衡摩擦造成的误差．若平衡摩掠过大，小车在木板上的受力应有Fmgsinmgcos＝ma，当10，即m时，m式中F作为小量，可略去，将(*)式整理得a＝g(sincos)，说明①线为平衡摩擦力过大造成的误差．【说明】平衡摩擦力时不要挂重物，整个实验平衡了摩擦力后，无论今后是改变小盘和砝码的质量仍是改变小车和砝码的质量，都不需要从头平衡摩擦力．3.实验操作造成的误差质量测量不正确、计数点间的间距测量不正确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差．【典型例题】种类一、对控制变量法的理解例1．利用以以以下列图的装置研究加快度与力、质量的关系，以下说法中正确的选项是（）A．保持小车所受拉力不变，只改变小车的质量，便能够研究加快度与力、质量的关系B．保持小车质量不变，只改变小车的拉力，便能够研究加快度与力、质量之间的关系C．先保持小车所受拉力不变，研究加快度与力的关系；再保持小车质量不变，研究加快度与质量的关系，最后概括出加快度与力、质量的关系D．先保持小车质量不变，研究加快度与力的关系；再保持小车受力不变，研究加快度与质量的关系，最后概括出加快度与力、质量的关系【答案】D【分析】对于加快度与力、质量的关系，应先保持小车质量不变，研究加快度与力的关系；再保持小车受力不变，研究加快度与质量的关系，最后概括出加快度与力、质量的关系。【总结升华】控制变量法就是控制某一物理量，研究节余量之间的关系，它是研究多个变量常用的方法。3/8人教版必修一知识解说：实验：研究加快度与力、质量的关系贯串交融【变式】在“研究加快度与力、质量的关系”的实验时：（1）我们已经知道，物体的加快度（a）同时跟合外力（F）和质量（m）两个因素相关。要研究这三个物理量之间的定量关系的基本思路是；2）小薇同学想用砂和砂桶的重力表示小车碰到的合外力，为了减少这类做法而带来的实验误差，你认为在实验中还应该采用的两项举措是：a．______________________________；b．____________________________。（3）小薇同学利用实验中打出的纸带求加快度时，办理方案有两种：a．利用公式2sa2计算；b．依照sta_________比较合理，而另一种方案不合理的原因T2利用逐差法计算。两种方案中，你认为选择方案是_________________________________________。【答案】（1）先保持m不变，研究a与F的关系，再保持F不变，研究a与m的关系；（2）a．把木板的尾端垫起合适高度以平衡摩擦力；b．砂和桶的质量远小于小车质量；（3）b；纸带开始一段的点散布密集，位移的测量误差大种类二、对实验操作的察看例2．在利用打点计时器研究加快度与力、质量关系的实验中，以下做法正确的选项是：（）A．平衡摩擦力时，应将重物用细绳经过定滑轮系在小车上B．每次改变小车的质量时，不需要从头平衡摩擦力C．实验时，先松开小车，后接通电源D．“重物的质量远小于小车的质量”这一条件如不知足，对研究过程也不会产生影响【答案】B【分析】平衡摩擦力时，不把悬挂重物用细绳经过定滑轮系在小车上，即不对小车施加拉力。在木板无滑轮的一端下面垫一薄木块，屡次搬动其地址，直到拖在小车后边的纸带上打出的点距均匀为止。设木板的倾角为θ，则平衡摩擦力后有mgsinmgcos，即arctan，θ与小车的质量没关，故每次改变小车的质量时，不需要从头平衡摩擦力。实验时，应先接通电源，待打点计时器工作牢固后再松开小车。实验要求重物的质量远小于小车的质量，由于只有这样，重物的重力才近似等于细绳对小车的拉力。【总结升华】注意实验条件、平衡摩擦力的目的和做法，以及打点计时器的规范操作。贯串交融【变式】在研究“加快度与力、质量的关系”的活动中：某同学在接通电源进行实验从前，将实验器材组装以以以下列图。请你指出该装置中的错误或不妥之处：。小车打点计时器纸带沙桶干电池开关【答案】打点计时器不应使用干电池，应使用沟通电源；实验中没有平衡小车的摩擦力；小车初始地址离打点计时器太远种类三、对图象的察看例3．在“研究加快度与力、质量的关系”这一实验中，有两位同学经过测量，分别作出a一F图象，4/8人教版必修一知识解说：实验：研究加快度与力、质量的关系如图（a）（b）中的A、B线所示；试分析：(1)A线不经过坐标原点的原因是；(2)B线不经过坐标原点的原因是。aaABOFOF(a)(b)【答案】(1)A线在F轴上有必然的截距，表示F达到必然的值后小车才开始有加快度，这是没有平衡摩擦力，或平衡摩擦力不够引起的。B线在a轴上有必然的截距，表示F为0，即不加F时小车已经有了必然的加快度，这是平衡摩擦力时木板倾角θ太大，即平衡摩擦力过分引起的。【总结升华】从图线在坐标轴上截距的物理意义着手分析。运用图象分析实验误差原因，这是实验研究中一项很重要的能力。贯串交融【变式】某同学做研究加快度与力、质量的关系的实验，在平衡摩擦力时把木板的一端垫得过高，所得的a－F图象为以以下列图中的：（）aaaaOOOOFFFFABCD【答案】C【分析】由于木板的一端垫得过高，当拉力为零时就有一加快度．D项应该是当已经有一不为零的拉力时加快度为零，表示平衡摩擦力时木板的一端垫得过低了，或将有滑轮的一端垫了起来。【高清课程：牛顿运动定律实验专题例2】【变式2】做“考证牛顿第二定律”实验，甲同学依照实验数据画出的小车的加快度a和小车所受拉力F的图像为图中的直线Ⅰ，乙同学画出的a—F图像为以以下列图中的直线Ⅱ．直线Ⅰ、Ⅱ在纵轴或横轴上的截距较大，明显超出了误差范围，下面给出了对于形成这类状况原因的四种解说，其中可能正确的选项是（）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，把长木板的尾端抬得过高了；C、实验前乙同学没有平衡摩擦力；D、乙同学在平衡摩擦力时，把长木板的尾端抬得过高了．【答案】BC种类四、对数据的办理例4．某同学利用实验装置研究a与F之间的关系，测得小车的加快度a和拉力F的数据见下表：F/N0.200.300.400.50a/(ms2)0.100.210.290.405/8人教版必修一知识解说：实验：研究加快度与力、质量的关系(1)依照表中数据在图(甲)中画出a-F的图线；(2)结合实验装置，说明图线可是原点的原因是什么?怎样进行更正?【答案】(1)依照表中数据在坐标系中描点，并用一条直线来拟合这些点，如图(乙)所示．(2)图线与F轴交于0.1N处，说明拉力F小于0.1N时，小车静止不动(a＝0)，这是由于实验中未平衡摩擦力或平衡摩擦力时斜面倾角过小造成的，应增大斜面倾角．【分析】实验中我们认为小盘和砝码的重力等于小车所受的协力，没有考虑摩擦阻力对小车运动的影响，因此实验中若是未平衡摩擦力或平衡摩擦力不妥都将致使a-F图线可是原点．贯串交融【变式1】某同学在实验中保持拉力不变，获取了小车加快度随质量变化的一组数据，如表所示：请在图中方格纸中成立合适坐标，并画出能直观反应出加快度与质量关系的图线．【分析】a与m成反比实质上就是a与1成正比，以a为纵坐标．以1为横坐标成立坐标系，采用mm合适的标度，描出坐标点，连线获取图象以以以下列图．6/8人教版必修一知识解说：实验：研究加快度与力、质量的关系【高清课程：牛顿运动定律实验专题例4】【变式2】某同学采用以以以下列图的装置考证规律：“物体质量必然，其加快度与所受协力成正比”。①该同学是采用v－t图象来求加快度的。图中为实验中打出的一条纸带的一部分，纸带上标出了连续的3个计数点，依次为B、C、D，相邻计数点之间还有4个计时点没有标出。打点计时器接在频次为50Hz的沟通电源上。打点计时器打C点时，小车的速度为m/s；②其余各点的速度都标在了v－t坐标系中，以以