高中物理 实验探究加速度与力质量的关系 新人教版必修

高中物理实验探究加速度与力质量的关系课件新人教版必修第1页，共45页，2023年，2月20日，星期四第2节实验：探究加速度与力、质量的关系同步导学方案课后强化演练第2页，共45页，2023年，2月20日，星期四第3页，共45页，2023年，2月20日，星期四一、实验目的1．学会用控制变量法探究物理规律．2．全面正确地认识加速度与力、质量的关系．第4页，共45页，2023年，2月20日，星期四二、实验原理1．控制变量法：在探究加速度与力、质量三者关系时，先让其中一个量保持不变来探究其他两个量之间的关系．(1)探究加速度与力的关系的基本思路：保持物体的质量不变，测量物体在不同力的作用下的加速度，分析加速度与力的关系．(2)探究加速度与质量的关系的基本思路：保持物体所受的力不变，测量不同质量的物体在该力作用下的加速度，分析加速度与质量的关系．第5页，共45页，2023年，2月20日，星期四2．实验方案：这个实验中需要测量的物理量有三个：物体的加速度、物体所受的力、物体的质量．质量用天平测量，因此本实验要解决的主要问题是怎样测量加速度和物体所受的力．第6页，共45页，2023年，2月20日，星期四(1)怎样测量(或比较)物体的加速度在运动物体上安装一条穿过打点计时器的纸带，根据纸带上打出的点来测量加速度．在这个实验中也可以测加速度与其他量之间的比例关系．测量不同情况下(即不同受力、不同质量时)物体加速度的比值就可以了．第7页，共45页，2023年，2月20日，星期四(2)怎样提供和测量物体所受的恒力设计的实验装置如下图所示．第8页，共45页，2023年，2月20日，星期四①对此实验中力的理解：除了在真空中抛出或落下的物体(仅受重力)外，仅受一个力的物体几乎是不存在的．然而，一个单独的力的作用效果与跟它大小、方向都相同的合力的作用效果是相同的，因此，实验中的力F的含义可以是物体所受的合力．第9页，共45页，2023年，2月20日，星期四②平衡摩擦力：如上图所示，纸带穿过打点计时器．为了消除摩擦力对小车的影响，可将木板无滑轮的一端稍微垫高一些，用小车的重力的分力来抵消它所受到的摩擦力，直到小车不挂重物时能在木板上匀速运动为止．当挂上重物时，只要重物的质量远小于小车的质量，那么我们可近似认为托盘和砝码所受的重力大小等于小车所受的合力的大小．增减盘中砝码的个数可改变小车所受到的合力．第10页，共45页，2023年，2月20日，星期四第11页，共45页，2023年，2月20日，星期四三、实验器材打点计时器、纸带、复写纸片、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘、砝码、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平(带有一套砝码)、刻度尺．第12页，共45页，2023年，2月20日，星期四四、实验步骤1．用天平测出小车和小盘(包括其中砝码)的质量分别为M、m，并把数值记录下来．2．按图所示将实验器材安装好(小车上不系绳)．3．把长木板无滑轮的一端下面垫一薄木板，以平衡摩擦力．第13页，共45页，2023年，2月20日，星期四在平衡摩擦力时，除了不挂小盘外，其他的都跟正式实验一样(比如要挂好纸带，接通打点计时器)，匀速运动的标志是打点计时器打出的纸带上各点间的距离相等．第14页，共45页，2023年，2月20日，星期四4．将小盘通过细绳系在小车上，接通电源放开小车，用纸带记录小车的运动情况；取下纸带并在纸带上标上号码及此时所挂小盘的重力mg.5．保持小车的质量不变，改变小盘(包括其中砝码)的质量重复步骤4多做几次实验．每次小车应从同一位置释放，并记录好相应纸带．6．保持小车所受合力不变，在小车上加砝码，并测出小车和放上砝码后的总质量M1，接通电源放开小车，用纸带记录小车的运动情况，取下纸带并在纸带上标上号码．第15页，共45页，2023年，2月20日，星期四7．继续在小车上加放砝码，重复步骤6，多做几次实验，在每次得到的纸带上标上号码．第16页，共45页，2023年，2月20日，星期四五、数据处理1．把小车在不同力作用下产生的加速度填在下表中：实验次数加速度a/(m·s－2)小车受力F/N1234第17页，共45页，2023年，2月20日，星期四由以上数据画出它的a­F关系图象如图所示．通过a­F关系图象，我们可以得出小车的加速度a与力F成正比．第18页，共45页，2023年，2月20日，星期四2．把不同质量的小车在相同力作用下产生的加速度填在下表中：第19页，共45页，2023年，2月20日，星期四第20页，共45页，2023年，2月20日，星期四六、注意事项1．平衡摩擦力时不要挂重物，整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变小盘和砝码的质量还是改变小车及砝码的质量，都不需要重新平衡摩擦力．2．实验中必须满足小车和砝码的质量远大于小盘和砝码的总质量．只有如此，砝码和小盘的总重力才可视为与小车受到的拉力相等．3．各纸带上的加速度都应是该纸带上的平均加速度．第21页，共45页，2023年，2月20日，星期四4．作图象时，要使尽可能多的点在所作直线上，不在直线上的点应尽可能地对称分布在所作直线两侧．离直线较远的点是错误数据，可舍去不予考虑．5．小车应靠近打点计时器，且先接通电源再放手．第22页，共45页，2023年，2月20日，星期四七、误差分析1．质量的测量、纸带上打点计时器打点间隔距离的测量、拉线或纸带不与木板平行等都会造成误差．2．因实验原理不完善造成误差．本实验中用小盘及砝码的总重力代替小车受到的拉力(实际上小车受到的拉力要小于小盘及砝码的总重力)，存在系统误差．小盘及砝码的总质量越接近小车的质量，误差就越大；反之，小盘及砝码的总质量越小于小车的质量，误差就越小．第23页，共45页，2023年，2月20日，星期四3．平衡摩擦力不准造成误差：在平衡摩擦力时，除了不挂小盘外，其他的都跟正式实验一样(比如要挂好纸带、接通打点计时器)，匀速运动的标志是打点计时器打出的纸带上点的距离相等．第24页，共45页，2023年，2月20日，星期四

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：题型1对实验原理、步骤误差分析的考查例1第25页，共45页，2023年，2月20日，星期四A．用天平称出小车和小桶及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6V电压的蓄电池上，接通电源，放开小车，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；E．保持小桶及其中砂子的质量不变，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；F．分析每条纸带，测量并计算出加速度的值；G．作a­M关系图象，并由图象确定a­M关系．第26页，共45页，2023年，2月20日，星期四(1)该同学漏掉的重要实验步骤是________，该步骤应排在________步实验之后．(2)在上述步骤中，有错误的是________，应把________改为________．(3)在上述步骤中，处理不恰当的是________，应把________改为________．第27页，共45页，2023年，2月20日，星期四第28页，共45页，2023年，2月20日，星期四第29页，共45页，2023年，2月20日，星期四理解实验原理、掌握实验步骤及电磁打点计时器的使用是解决本题的关键．第30页，共45页，2023年，2月20日，星期四

在探究加速度与力、质量的关系实验中，采用如图所示的实验装置，小车及车中砝码的质量用M表示，盘及盘中砝码的质量用m表示，小车的加速度可由小车后拖动的纸带上由打点计时器打上的点计算出．变式训练1-1第31页，共45页，2023年，2月20日，星期四(1)当M与m的大小关系满足________时，才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘及盘中砝码的重力．(2)一组同学在做加速度与质量的关系实验时，保持盘及盘中砝码的质量一定，改变小车及车中砝码的质量，测出相应的加速度，采用图象法处理数据．为了比较容易地确定出加速度a与质量M的关系，应该作a与________的图象．(3)如图(a)为甲同学根据测量数据作出的a­F图线，说明实验存在的问题是________________________________________．第32页，共45页，2023年，2月20日，星期四(4)乙、丙同学用同一装置做实验，画出了各自得到的a­F图线如图(b)所示，两个同学做实验时的哪一个物理量取值不同？____________________________________.第33页，共45页，2023年，2月20日，星期四第34页，共45页，2023年，2月20日，星期四(3)图(a)甲同学根据测量数据作出的a­F图线没有过原点，图象交于F轴上一点，说明没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够．(4)乙、丙同学用同一装置做实验，画出了各自得到的a­F图线，两图线的斜率不同，说明两个同学做实验时的小车及车上砝码的总质量不同．答案：(1)M≫m

(2)1/M

(3)没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够(4)小车及车上的砝码的总质量不同第35页，共45页，2023年，2月20日，星期四

某同学设计了一个探究加速度a与物体所受合力F及质量m关系的实验，甲为实验装置简图(交流电的频率为50Hz)．题型2数据处理例2第36页，共45页，2023年，2月20日，星期四第37页，共45页，2023年，2月20日，星期四第38页，共45页，2023年，2月20日，星期四第39页，共45页，2023年，2月20日，星期四(3)保持小车的质量不变，改变砂和砂桶的质量，该同学根据实验数据作出了加速度a随合力F的变化图线，如图所示．该图线不通过原点，请你分析其主要原因是__________________________________________．第40页，共45页，2023年，2月20日，星期四第41页，共45页，2023年，2月20日，星期四第42页，共45页，202