高中物理第四章牛顿运动定律4.2实验探究加速度与力质量的关系教案新人教版必修.ppt

,2,实验,:,探究加速度与力、质量的关系,【,实验目的,】,1.,学会用控制变量法探究物理规律。,2.,探究加速度与力、质量的关系。,3.,掌握利用图象处理数据的方法。,【,实验原理,】,1.,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。,2.,三个物理量的测量,(1),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。,(2),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,。,(3),加速度的测量,:,逐差法。放在长木板上的小车在拉力的作用下做匀加速直线运动。,【,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。,【,实验过程,】,一、实验步骤,1.,用天平测量小盘的质量,m,0,和小车的质量,M,0,并把数值记录下来。,2.,按图实验器材安装好,(,小车上不系绳,),。,3.,平衡摩擦力。把木板无滑轮的一端下面垫一薄木板,反复移动其位置,使小车在不挂小盘和砝码的情况下,能沿木板做匀速直线运动,(,直到打点计时器打出的纸带上相邻点的间距相等,),。,4.,把小车停放在打点计时器处,挂上小盘和砝码,先接通电源后放开小车,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和砝码的总重力,m,1,g,。,5.,保持小车的质量不变,改变小盘中砝码的质量,重复步骤,4,多做几次实验,并记录好相应纸带的编号及所挂小盘和砝码的总重力,m,2,g,、,m,3,g,6.,保持小车所受的合外力不变,在小车上加砝码,接通电源后放开小车,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小车和砝码的总质量,M,1,。,7.,继续在小车上增加砝码,重复步骤,6,多做几次实验,在每次实验得到的纸带上标上号码及小车和砝码的总质量,M,2,、,M,3,8.,用公式,x,=aT,2,或,a=,求得小车的加速度,a,将得到的数据填入相应表格中,以便进行数据验证。,二、数据处理,1.,把小车在不同力作用下产生的加速度填在表中,:,物理量,1,2,3,4,5,6,作用力,(,小盘和砝码的重力,),加速度,a,以,a,为纵坐标、,F,为横坐标,根据数据作,a-F,图象,用曲线拟合测量点,找出规律,分析,a,与,F,的关系。,2.,把不同质量的小车,(,小车和砝码,),在相同力的作用下产生的加速度填在表中,:,物理量,1,2,3,4,5,6,小车和砝码质量,M,加速度,a,分别以,a,为纵坐标、,M,和 为横坐标,根据数据作,a-M,图象和,a-,图象,分析,a,与,M,的关系。,3.,实验结论,:,(1),保持物体质量不变时,物体的加速度,a,与所受力,F,成正比。,(2),在力,F,不变时,物体的加速度,a,与质量,M,成反比。,【,误差分析,】,1.,实验原理不完善,造成系统误差,:,实验中用小盘和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和砝码的总重力,),存在系统误差,;,小盘和砝码的总质量越接近小车的质量,误差就越大,反之,小盘和砝码的总质量越小于小车的质量,误差就越小。,2.,测量、操作不够准确造成偶然误差,:,(1),质量的测量误差。,(2),纸带上打点计时器打点间隔距离的测量误差。,物理量,1,2,3,4,5,6,小车和钩码质量,M,加速度,a,(3),拉线或纸带不与木板平行会造成误差。,(4),平衡摩擦力不够,(,或过度,),造成的误差,该误差使作出的图线在横轴,(,或纵轴,),上产生截距。,【,注意事项,】,1.,实验中小车靠近打点计时器且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的间隔均匀,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,要始终保证小桶,(,包括砂,),的质量远小于小车的质量。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对称分布在所作直线两侧。若遇到个别偏离较远的点可舍去。,类型一 实验操作,【,典例,1】,用如图所示的装置研究在作用力,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,:,导学号,28974096,A.,用天平称出小车和小桶及内部所装砂子的质量,B.,按图示安装好实验器材,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,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的质量,E.,保持小桶及内部砂子的质量不变,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,a-M,关系图象,并由图象确定,a,与,M,的关系,(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,_,。,【,正确解答,】,实验中把小桶及其中砂子的重力看作与,小车所受拉力大小相等,没有考虑摩擦力,故在悬挂砂,桶前必须平衡摩擦力。电磁打点计时器接在,6 V,电压的,蓄电池上时不能打点,必须接在,6 V,以下交流电压的学,生电源上。作,a-M,关系图象,得到的是双曲线的一支,很,难做出正确的判断,必须,“,化曲为直,”,改作,a-,关系,图象。,答案,:,(1),平衡摩擦力,B,(2)D,6 V,电压的蓄电池,6 V,以下交流电压的学生电源,(3)G,a-M,a-,类型二 实验数据处理,【,典例,2】,某组同学设计了“探究加速度,a,与物体所受合力,F,及质量,m,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,为装有细砂的小桶,D,为一端带有定滑轮的长方形木板,实验中认为细绳对小车的拉力,F,等于细砂和小桶的总重量,小车运动的加速度,a,可用纸带上打出的点求得。导学号,28974097,(1),如图所示为某次实验得到的纸带,已知实验所用电源的频率为,50 Hz,。根据纸带可求出电火花计时器打,B,点时的速度大小为,_m/s,小车的加速度大小为,_m/s,2,。,(,结果均保留两位有效数字,),(2),在“探究加速度,a,与质量,m,的关系”时,某同学按照自己的方案将实验数据在坐标系中进行了标注,但尚未完成图象,(,如图所示,),。请继续帮助该同学作出坐标系中的图象。,【,正确解答,】,(1)AC,这段位移的平均速度等于,AC,这段,时间中间时刻的瞬时速度,即,B,点的瞬时速度,故,v,B,=m/s1.6,m/s,。,由逐差法求解小车的加速度,a=,m/s,2,3.2 m/s,2,(2),将坐标系中各点连成一条直线,连接时应使直线过尽可能多的点,不在直线上的点应大致对称地分布在直线的两侧,离直线较远的点应视为错误数据,不予考虑,连线如图所示。,答案,:,(1)1.6,3.2,(2),见正确解答图,