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实验要点梳理,课堂互动探究,课时达标训练,2.2.2,试验：探究加速度与力、质量关系,1/44,一、试验目标,1.,学会用控制变量法探究物理规律。,2.,探究加速度与力、质量关系。,3.,掌握利用图象处理数据方法。,二、试验原理,采取控制变量法，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它两个量之间关系。,2/44,1.,控制小车质量,M,不变，分析加速度,a,与力,F,关系。,2.,控制砝码和小盘质量不变，即力,F,不变，改变小车质量,M,，分析加速度,a,与,M,关系。,三、试验器材,电磁打点计时器、纸带、复写纸片、小车、一端附有定滑轮长木板、小盘、细绳、交流电源、导线、天平,(,带有一套砝码,),、薄木板、坐标纸、刻度尺。,3/44,四、试验步骤,1.,测质量：用天平测量小盘质量,m,0,和小车质量,M,0,。,2.,安装器材：按如图所表示将试验器材安装好,(,小车上不系绳,),。,3.,平衡摩擦力：把木板无滑轮一端下面垫一薄木板，重复移动其位置，使小车在不挂小盘和砝码情况下，能沿木板做匀速直线运动,(,纸带上相邻点间距相等,),。,4/44,4.,测,a,、,F,(1),把小车停在打点计时器处，挂上小盘和砝码，先接通电源，再让小车拖着纸带在木板上匀加速下滑，打出一条纸带，纸带统计了小车运动情况，取下纸带并在纸带上标上号码及此时所挂小盘和砝码总重力,mg,。,(2),保持小车质量不变，改变小盘中砝码质量，重复步骤,(1),，多做几次试验，并统计好对应纸带编号及所挂小盘和砝码总重力,m,2,g,、,m,3,g,5/44,5.,测,a,、,M,(1),保持小车所受合外力不变，在小车上加砝码，接通电源后放开小车，用纸带统计小车运动情况；取下纸带，并在纸带上标上号码及小车和砝码总质量,M,1,。,(2),继续在小车上增加砝码，重复步骤,(1),，多做几次试验，在每次试验得到纸带上标上号码及小车和砝码总质量,M,2,、,M,3,6/44,五、数据处理,1.,把小车在不一样力作用下产生加速度填在表中：,物理量,1,2,3,4,5,6,作用力,F,加速度,a,以,a,为纵坐标、,F,为横坐标，依据数据作,a,F,图象，用曲线拟合测量点，找出规律，分析,a,与,F,关系。,7/44,2.,把不一样质量小车,(,小车和,砝,码,),在相同力作用下产生加速度大小填在表中：,物理量,1,2,3,4,5,6,质量,M,加速度,a,8/44,3.,试验结论,(1),保持物体质量不变时，物体加速度,a,与所受力,F,成正比。,(2),在力,F,不变时，物体加速度,a,与质量,M,成反比。,9/44,六、误差分析,1.,系统误差：本试验用小盘和砝码总重力,mg,代替小车拉力，而实际上小车所受拉力要小于小盘和砝码总重力。小盘和砝码总质量越靠近于小车质量，误差越大；反之，小盘和砝码总质量越小于小车质量，由此引发误差就越小。所以，满足小盘和砝码总质量远小于小车质量目标就是为了减小因试验原理不完善而引发误差。,2.,偶然误差：摩擦力平衡不准确、质量测量不准确、计数点间距测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引发误差。,10/44,七、注意事项,1.,平衡摩擦力时不要挂重物，整个试验平衡了摩擦力后。不论以后是改变小盘和砝码质量还是改变小车及砝码质量，都不需要重新平衡摩擦力。,2.,试验中必须满足小车和砝码总质量远大于小盘和砝码总质量。,3.,改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽可能靠近打点计时器，并应先接通电源，再放开小车，且应在小车抵达滑轮前按住小车。,4.,作图象时，要使尽可能多点在所作直线上，不在直线上点应尽可能对称分布在所作直线两侧。,11/44,关键点一试验原理和试验方法,例,1,在,“,探究加速度与力、质量关系,”,试验中，渗透了研究问题各种科学方法：,(1),试验环境等效法：,_,；,(2),试验条件设计科学方法：,_,；,(3),试验原理简化：,_,，,即当小车质量,M,车,m,沙,时，细绳对小车拉力大小近似等于沙及桶总重力,m,沙,g,；,12/44,13/44,答案,(1),平衡摩擦力法,(2),控制变量法,(3),近似法,(4),图象法,(5),化曲为直法,14/44,关键点二数据处理和误差分析,例,2,某同学设计了一个探究加速度,a,与物体所受协力,F,及质量,m,关系试验，如图,1,所表示，图甲为试验装置简图,(,交流电频率为,50 Hz),。,图,1,(1),图乙为某次试验得到纸带，依据纸带可求出小车加速度大小为,_m/s,2,(,保留两位有效数字,),。,15/44,16/44,图,2,17/44,思绪点拨,解答本题时可按以下思绪进行分析：,18/44,19/44,(3),由图可分析，当加速度,a,为零时，拉力,F,并不为零，说明试验前没有平衡摩擦力或者未完全平衡摩擦力。,答案,看法析,20/44,方法总结,试验数据处理方法,图象法、,“,化曲为直,”,法,(1),研究加速度,a,和力,F,关系,以加速度,a,为纵坐标，力,F,为横坐标，依据测量数据描点，然后作出图象，如图所表示，若图象是一条经过原点直线，就能说明,a,与,F,成正比。,21/44,22/44,关键点三创新方案设计,例,3,两个相同小车并排放在光滑水平桌面上，小车前端系上细线，线另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘里分别放有不一样质量砝码,(,图,3,甲,),。小车所受水平拉力,F,大小能够认为等于砝码,(,包含砝码盘,),所受重力大小。小车后端也系有细线，用一只夹子夹住两根细线,(,图乙,),，控制两辆小车同时开始运动和结束运动。,图,3,23/44,24/44,解析,试验过程中，当两小车质量相同时，砝码,(,包含砝码盘,),重力越大，相同时间内位移越大，则加速度越大，进行试验时会发觉，加速度与所受拉力成正比；若砝码重力不变，即拉力不变时，质量越大小车，相同时间内位移越小，即加速度越小，进行测量分析知，加速度与质量成反比。假如砝码,(,包含砝码盘,),重力,G,远小于小车重力,Mg,时，,G,近似等于拉力,F,。,答案,加速度与拉力成正比加速度与质量成反比,G,Mg,25/44,方法总结,(1),控制变量法：当研究多个物理量改变规律时，为了简便，可设计保持其它物理量不变，只研究剩下两个改变物理量关系，这种方法叫做控制变量法。两个相同小车放在光滑水平面上，前端各系一条细绳，绳另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘中各放数目不等砝码，就能够验证质量一定条件下，加速度与力关系。,26/44,(2),对比试验法：对比试验法在物理试验中经惯用到。,两小车后端各系一条细绳，一起被一个夹子夹着而使小车静止,(,如图所表示,),。打开夹子，两小车同时开始运动，关上夹子，两小车同时停下来。用刻度尺测出两小车经过位移，位移之比就等于它们加速度之比。,27/44,1.,如图,4,所表示为,“,探究加速度与力、质量关系,”,试验装置图，以下做法正确是,(,),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.,本试验中探究方法是控制变量法,C.,试验时，先放开小车，后接通电源,D.,“,重物质量远小于小车质量,”,这一条件如不满足，对探究结果也不会产生影响,图,4,28/44,解析,平衡摩擦力时，应使小车在不受拉力作用下拖动纸带做匀速直线运动，,A,错,误,；试验中采取控制变量法，即探究加速度与协力关系时控制小车质量不变，研究加速度与小车质量关系时要控制拉力不变，,B,正确,；试验时，先接通电源打点，后放开小车拖动纸带运动，,C,错,误,；为减小试验误差，试验时必须做到重物质量远小于小车质量，,D,错,误,。,答案,B,29/44,2.,(,多项选择,),按试验要求组装好器材后，应按一定步骤进行试验，下述操作步骤合理次序是,(,),保持重物质量不变，在小车里加砝码，测出加速度，重复几次,保持小车质量不变，改变重物质量，测出加速度，重复几次,用天平测出小车和重物质量,平衡摩擦力，使小车近似做匀速直线运动,30/44,A.,B.,C.,D.,解析,探究,a,与,F,关系与探究,a,与,m,关系次序可交换。,答案,CD,31/44,3.,(,多项选择,),如图,5,所表示是在,“,探究加速度与力、质量关系,”,试验中，依据试验数据描绘出三条,a,F,图线，以下说法中正确是,(,),A.,三条倾斜直线所对应绳拉力相同,B.,三条倾斜直线所对应小车和砝码总质量不一样,C.,直线,1,对应小车和砝码总质量最大,D.,直线,3,对应小车和砝码总质量最大,图,5,答案,BD,32/44,4.,“,探究加速度与力、质量关系,”,试验中，在研究小车加速度,a,和小车质量,M,关系时，因为没有一直满足,M,m,(,m,为沙桶及沙桶中沙质量,),条件，结果得到图象应是,(,),33/44,34/44,答案,D,35/44,5.,如图,6,所表示是某同学探究加速度与力、质量关系时，已接通电源正要释放纸带时情况，请你指出该同学五个差错；,图,6,(1),电源,_,；,(2),电磁打点计时器位置,_,；,(3),滑轮位置,_,；,(4),小车位置,_,；,(5),长木板,_,。,36/44,解析,探究加速度与力、质量关系时，电磁打点计时器应使用低压,(6 V),交流电源，且要固定在长木板无滑轮一端，即应靠右端；释放纸带时小车应靠近打点计时器；连接小车细线应保持水平，故应调整滑轮位置使拉线水平；试验时应平衡摩擦力，使小车所受重力沿斜面方向分力与小车所受摩擦力平衡，故应垫高长木板右端平衡摩擦力。,答案,(1),应用,6 V,交流电源,(2),应靠右端,(3),应使拉线水平,(4),应靠近打点计时器,(5),应垫高右端平衡摩擦力,37/44,6.,某试验小组利用图,7,所表示装置探究加速度与力、质量关系。,图,7,38/44,(1),以下做法正确是,_(,填字母代号,),。,A.,调整滑轮高度，使牵引木块细绳与长木板保持平行,B.,在调整木板倾斜度平衡木块受到滑动摩擦力时，将装有砝码砝码桶经过定滑轮拴在木块上,C.,试验时，先放开木块再接通打点计时器电源,D.,经过增减木块上砝码改变质量时，不需要重新调整木板倾斜度,39/44,(2),图,8,是甲、乙两同学依据试验数据画出图象。,形成图线甲原因是,_,。,形成图线乙原因是,_,。,图,8,40/44,解析,(1),试验中细绳要与长木板保持平行，,A,项正确；平衡摩擦力时不能将装有砝码砝码桶经过细绳绕过滑轮拴在木块上，这么无法平衡摩擦力，,B,项错误；试验时应先接通打点计时器电源再放开木块，,C,项错误；平衡摩擦力后，改变木块上砝码质量后不再需要重新平衡摩擦力，,D,项正确。,(2),图线甲中,F,0,时，木块就有了加速度，可见是长木板倾角过大。图线乙中，有了拉力时，加速度仍为,0,，说明未平衡摩擦力或平衡摩擦力不够。,答案,(1)AD,(2),长木板倾角过大未平衡摩擦力或平衡摩擦力不够,41/44,7.,某同学利用图,9(a),所表示试验装置及数字化信息系统取得了小车加速度,a,与钩码质量,m,对应关系图，如图,(b),所表示。试验中小车,(,含发射器,),质量为,200 g,，试验时选择了不可伸长轻质细绳和轻定滑轮，小车加速度由位移传感器及与之相连计算机得到。回答以下问题：,图,9,42/44,(1),依据该同学结果，小车加速度与钩码质量成,_(,填,“,线性,”,或,“,非线性,”,),关系。,(2),由图,(b),可知，,a,m,图线不经过原点，可能原因是,_,。,(3),若利用本试验装置来验证,“,在小车质量不变情况下，小车加速度与作用力成正比,”,结论，并直接以钩码所受重力,mg,作为小车受到合外力，则试验中应采取改进办法是,_,，,钩码质量应满足条件是,_,。,43/44,解析,(1),由图象可知小车加速度与钩码质量成非线性关系。,(2),a,m,图线不经过原点，在,m,轴上有截距，即挂上钩码后小车加速度仍为零，可能原因是存在摩擦力。,(3),本试验直接以钩码所受重力,mg,作为小车受到合外力，则应采取办法是调整轨道倾斜度以平衡摩擦力，钩码质量应满足条件是远小于小车质量。,答案,(1),非线性,(2),存在摩擦力,(3),调整轨道倾斜度以平衡摩擦力远小于小车质量,44/44,
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