江苏专用高考物理一轮复习第3章牛顿运动定律实验三探究加速度与物体质量物体受力的关系.ppt

,实验基础,热点突破,随堂演练,实验,三,探究加速度与物体质量、,物体受力的关系,注意事项,1,.,实验方法：,控制变量法。,2,.,平衡摩擦力：,在平衡摩擦力时，不要悬挂小盘，但小车应连着纸带且接通电源。用手给小车一个初速度，如果在纸带上打出的点的间隔是均匀的，表明小车受到的阻力跟它的重力沿斜面向下的分力平衡。,3,.,实验条件：,只有满足,M,m,，小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力。,4,.,一先一后一按住：,改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，后放开小车，且应在小车到达滑轮前按住小车。,5,.,作图：,作图时两轴标度比例要适当，各量须采用国际单位，这样作图线时，坐标点间距不至于过密，误差会小些。,误差分析,1.,因实验原理不完善引起的误差：本实验用小盘和砝码的总重力,mg,代替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力。,2.,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起误差。,热点一实验原理与基本操作,【例,1,】,在,“,探究加速度和力、质量的关系,”,实验中，采用如图,1,所示的装置图进行实验：,图,1,(1),实验中，需要在木板的右端垫上一个小木块，其目的是,_,。,(3),本实验的目的是：探究加速度和力、质量的关系，所以不能把牛顿第二定律当成已知的公式来使用，故,A,错误；使用打点计时器时，都应该先接通电源，后释放纸带，故,B,正确；平衡摩擦力后,tan,，与重物的质量无关，所以不用再次平衡摩擦力，故,C,错误；本实验采用控制变量法，故,D,正确。,答案,(1),平衡摩擦力,(2),m,M,(3)BD,【变式训练】,1.,在,“,探究加速度与力、质量的关系,”,时采用如图,2,所示的实验装置，小车及车中砝码质量为,M,，砂桶及砂的质量为,m,。,图,2,(1),若已平衡摩擦力，在小车做匀加速直线运动过程中，绳的张力大小,F,T,_,，当,M,与,m,的大小满足,_,时，才可认为绳子对小车的拉力大小等于砂和砂桶的重力。,热点二数据处理及误差分析,【例,2,】,一小组的同学用如图,3,所示装置做,“,探究物体质量一定时，加速度与力的关系,”,的实验。,图,3,(1),下列说法正确的有,_,。,A.,平衡摩擦力时，用细线一端挂空砝码盘，另一端与小车相连，将木板适当倾斜，使小车在木板上近似做匀速直线运动,B.,每次改变砝码及砝码盘总质量之后，应重新平衡摩擦力,C.,应让砝码及砝码盘总质量远大于小车及里面钩码的总质量,D.,砝码及砝码盘总质量远小于小车及里面钩码总质量时，可以近似认为小车受到的拉力等于砝码及砝码盘的重力,(2),图,4,甲为实验中按规范操作打出的一条纸带的一部分。从比较清晰的点迹起，在纸带上标出了连续的,5,个计数点,A,、,B,、,C,、,D,、,E,，相邻两计数点之间都有,4,个计时点没有标出，用刻度尺分别测量出,A,点到,B,、,C,、,D,、,E,的距离如图,4,所示，已知打点计时器接在频率为,50 Hz,的交流电源上，则此次实验中小车运动加速度的测量值,a,_m/s,2,。,(,结果保留两位有效数字,),图,4,(3),某同学平衡摩擦力后，改变砝码盘中砝码的质量，分别测量出小车的加速度,a,。以砝码盘及砝码的重力,F,为横坐标，以小车的加速度,a,为纵坐标，得到如图乙所示的,a,F,图线，则图线不通过坐标原点的主要原因是,_,_,。,解析,(1),平衡摩擦力时，应将细线从小车上取下，轻轻推动小车，使小车沿木板运动，通过打点计时器打出来的纸带判断小车是否匀速运动，,A,错误；每次改变砝码及砝码盘总质量之后，不需要重新平衡摩擦力，,B,错误；应让砝码及砝码盘总质量远小于小车及里面钩码的总质量，,C,错误；砝码及砝码盘总质量远小于小车及里面钩码的总质量时，可以近似认为小车受到的拉力等于砝码及砝码盘的重力，,D,正确。,(3),当,F,0,时，,a,0,，也就是说当细线上没有拉力时，小车就有加速度，这是平衡摩擦力时木板倾角,偏大，即平衡摩擦力过度引起的。,答案,(1)D,(2)1.2,(3),平衡摩擦力过度,【变式训练】,2.,如图,5,所示为某同学探究加速度与力和质量关系的实验装置，两个相同质量的小车放在光滑水平板上，前端各系一条细绳，绳的一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘中可放砝码。两小车后端各系一条细绳，一起被夹子夹着使小车静止。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的位移，下表是该同学在几次实验中记录的数据。,图,5,实验,次数,车号,小车质,量,(g),小盘质,量,(g),车中砝码,质量,(g),盘中砝码,质量,(g),小车位,移,(cm),1,甲,50,10,0,0,15,乙,50,10,0,10,30,2,甲,50,10,0,10,27.5,乙,50,10,50,10,14,3,甲,50,10,0,0,18,乙,50,10,10,10,请回答下述问题：,(1),在每一次实验中，甲、乙两车的位移之比等于,_,之比，请简要说明实验原理：,_,_,；,(2),第一次实验控制了,_,不变，在实验误差允许范围内可得出的结论是,_,_,；,(3),第二次实验控制了,_,不变，在实验误差允许范围内可得出的结论是,_,_,；,(4),第三次实验时，该同学先测量了甲车的位移，再根据前两次实验结论，计算出乙车应该发生的位移，然后再测量了乙车的位移，结果他高兴地发现，理论的预言与实际符合得相当好。请问，他计算出的乙车的位移应该是,_,。,答案,(1),加速度；见解析,(2),小车质量；小车加速度与拉力成正比,(3),小车所受拉力；小车加速度与质量成反比,(4)30 cm,热点三实验的改进与创新,以本实验为背景，通过改变实验条件、实验仪器设置题目，不脱离教材而又不拘泥教材，体现开放性、探究性、设计性等特点。,视角,1,实验器材的改进,视角,2,数据测量的改进,视角,3,实验的拓展延伸,以,“,验证牛顿运动定律,”,为背景测量物块与木板间的动摩擦因数。,【例,3,】,（,2014,新课标全国卷,）,某同学利用图,6,甲所示实验装置及数字化信息系统获得了小车加速度,a,与钩码的质量,m,的对应关系图，如图乙所示。实验中小车（含发射器）的质量为,200 g,，实验时选择了不可伸长的轻质细绳和轻定滑轮，小车的加速度由位移传感器及与之相连的计算机得到。回答下列问题：,图,6,(1),根据该同学的结果，小车的加速度与钩码的质量成,(,填,“,线性,”,或,“,非线性,”,),关系。,(2),由图乙可知，,a,m,图线不经过原点，可能的原因是,。,(3),若利用本实验装置来验证,“,在小车质量不变的情况下，小车的加速度与作用力成正比,”,的结论，并直接以钩码所受重力,mg,作为小车受到的合外力，则实验中应采取的改进措施是,，钩码的质量应满足的条件是,。,解析,(1),把图乙中的点用平滑线连接后，可以看出，,a,m,图线是曲线即非线性。,(2),由图象可知，小车受到钩码的拉力作用，但加速度仍为零，可能的原因是小车还受到摩擦力的作用。,(3),改进措施：第一图线不过原点，要平衡摩擦力，所以调整轨道的倾斜度；第二，要使小车受到合外力等于钩码的重力，要求钩码质量不能太大，即远小于小车的质量。,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,【变式训练】,3,.,图,7,为测量物块与水平桌面之间动摩擦因数的实验装置示意图。实验步骤如下：,图,7,用天平测量物块和遮光片的总质量,M,，重物的质量,m,，用游标卡尺测量遮光片的宽度,d,，用米尺测量两光电门之间的距离,x,；,调整轻滑轮，使细线水平；,图,8,1.,(2016,江西重点中学联考,),(1),我们已经知道，物体的加速度,a,同时跟合外力,F,和质量,M,两个因素有关。要研究这三个物理量之间的定量关系，需采用的思想方法是,。,图,9,(2),某同学的实验方案如图,9,所示，她想用砂桶的重力表示小车受到的合外力,F,，为了减少这种做法带来的实验误差，她先做了两方面的调整措施：,解析,(1),实验研究这三个物理量之间关系的思想方法是控制变量法。,(2),用小木块将长木板无滑轮的一端垫高，目的是平衡摩擦力，只有在满足砂桶的质量远小于小车的质量时，拉力才可近似等于砂桶的重力。,(3),计算加速度时，用逐差法误差较小。,答案,(1),控制变量法,(2),平衡摩擦力砂桶的重力,(3)B,2.,某实验小组在实验室探究加速度与力、质量的关系。,(1),甲同学在小车所受合外力不变时，改变小车的质量，得到数据如下表所示：,图,10,(2),木板倾角过大,2,3.,某同学利用如图,11,甲所示的装置探究,“,小车的加速度与所受合外力的关系,”,，具体实验步骤如下：,图,11,A.,按照图示安装好实验装置，挂上砂桶,(,含少量砂子,),；,B.,调节长木板的倾角，轻推小车后，使小车沿长木板向下运动，且通过两个光电门的时间相等；,C.,取下细绳和砂桶，测量砂子和桶的总质量,m,，并记下；,D.,保持长木板的倾角不变，不挂砂桶，将小车置于靠近滑轮的位置，由静止释放小车，记录小车先后通过光电门甲和乙时显示的时间；,E.,重新挂上细绳和砂桶，改变砂桶中砂子的质量，重复,B,、,C,、,D,步骤。,(1),若砂桶和砂子的总质量为,m,，小车的质量为,M,，重力加速度为,g,，则步骤,D,中小车加速下滑时所受合力大小为,。,(,忽略空气阻力,),(2),如图乙所示，用游标卡尺测得小车上遮光片的宽度为,mm,。,(3),若遮光片的宽度为,d,，光电门甲、乙之间的距离为,l,，通过光电门甲和乙时显示的时间分别为,t,1,、,t,2,，则小车的加速度,a,。,(4),有关本实验的说法正确的是,。,A.,砂桶和砂子的总质量必须远小于小车的质量,B.,小车的质量必须远小于砂桶和砂子的总质量,C.,平衡摩擦力时要取下细绳和砂桶,D.,平衡摩擦力时不能取下细绳和砂桶,(4),设平衡摩擦力时木板的倾角为,，则,mg,Mg,cos,Mg,sin,，可以看出,m,与,M,之间只需满足上式即可，选项,A,、,B,错误；由于此题中实验步骤,B,在砂桶拉力作用下小车平衡，取下细绳和砂桶后，小车加速下滑时所受合力大小等于砂桶和砂子的总重力,mg,，平衡摩擦力时不能取下细绳和砂桶，小车重力沿斜面的分力必须与砂桶和砂子的总重力以及小车向下运动所受摩擦力之和相等，选项,C,错误，,D,正确。,