4.2实验：探究加速度与力质量的关系课件（50张PPT）

(共50张PPT)
2．实验：探究加速度与力、质量的关系
目标体系构建
【学习目标】
1．经历探究加速度与力、质量的关系的设计过程，学会选择合理的实验方案进行探究实验。
2．经历用图像处理数据的过程，从图像中发现物理规律。
3．经历实验操作和测量的过程，知道如何平衡摩擦力、减小系统误差等操作方法。
课前预习反馈
一、实验思路
1．实验装置
将小车置于____________上，通过滑轮与________相连。小车可以在槽码的牵引下运动。
水平木板　
槽码　
质量不变　
拉力　
拉力　
拉力不变　
质量　
质量　
天平　
纸带上　
方法3：两个初速度为零的匀加速直线运动的物体，在相等时间内的位移之比就等于加速度之比，即__________。
3．力的测量：小车所受的拉力________合力，用悬挂物重力替代小车所受的拉力。(条件是槽码的质量要比小车的质量小很多)
替代　
课内互动探究
一、实验步骤
1．安装实验器材：将小车置于带有定滑轮的木板上，将纸带穿过打点计时器后挂在小车尾部。
2．平衡摩擦力：用薄垫块将一端垫高，调整其倾斜程度，直到小车运动时打点计时器在纸带上打出的点分布均匀为止。
3．悬挂重物：在细线一端挂上重物，另一端通过定滑轮系在小车前端。
4．收集纸带数据：将小车靠近打点计时器后开启打点计时器，并让小车由静止释放，打点计时器在纸带上打出一系列点，据此计算出小车的加速度。
5．改变小车受力：
(1)保持小车的质量不变，通过增加槽码的数量，增加重物的质量(总质量仍远小于小车质量)。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所挂槽码的总重力m1g。
(2)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槽码的总重力m2g、m3g…
6．改变小车质量：
(1)保持重物(小车所受的拉力)不变，通过增加或减少小车上的砝码的方式，改变小车的质量，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M1。
(2)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M2、M3…
7．求加速度：用公式Δx＝aT2，求得小车的加速度a，将得到的数据填入相应表格中，以便进行数据处理。
二、数据收集与分析
1．列F、a数据收集表：
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(槽码的重力)
加速度a
2．作a－F图像的方法：以a为纵坐标，F为横坐标，根据数据作a－F图像，用曲线拟合测量点，找出规律，分析a与F的关系。
三、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，不管以后是改变槽码的个数，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总质量远大于槽码的总质量。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．各纸带的加速度a，都应是该纸带上的平均加速度。
4．作图像时，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。离直线较远的点是错误数据，可舍去不予考虑。
5．释放时小车应靠近打点计时器，且先接通电源再放开小车。
探究?
对实验原理及操作过程的考查
　　　　　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：
典题1
典例剖析
A．用天平称出小车和小桶及内部所装沙子的质量；
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沙桶；
D．将电磁打点计时器接在电压为8 V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．保持小桶及其中沙子的质量不变，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关系图像，并由图像确定a－M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_____________________________。
平衡摩擦力　
B　
D　
电压为8 V的蓄电池　
8 V以下低压交流学生电源　
G　
a－M　
(3)在上述步骤中，处理不恰当的是______，应把__________改为__________。
思路引导：掌握实验原理及操作过程是处理该类问题的关键。
1．(2020·辽宁实验中学高一上学期检测)在探究加速度与物体质量、物体受力关系的实验中，某小组设计了如图所示的实验装置。图中上下两层水平轨道表面光滑，两小车前端系上细线，细线跨过滑轮并挂上砝码盘，两小车后端的细线连到控制装置上。
要点提炼
(1)在安装实验装置时，应调整滑轮的高度，使________________；在实验时，为减小系统误差，应使砝码盘和砝码的总质量__________小车的质量(选填“远大于”“远小于”或“等于”)。
(2)该装置中控制装置的作用是______________________________。
(3)本实验通过比较两小车的位移来比较小车加速度的大小，能这样比较是因为____________________________________________________ ________________________________________。
细线与轨道平行　
远小于　
控制两小车同时运动和同时停止　
两小车从静止开始做匀加速直线运动，且两小车的运动时间相等时加速度大小之比等于位移大小之比　
探究?
实验数据的分析与处理
　　　　　在做“探究加速度与力、质量的关系”的实验时，计算出各纸带的加速度后，将测得的反映加速度a和F关系的有关资料记录在表一中。将测得的反映加速度a和质量M关系的有关资料记录在表二中。
典题 2
典例剖析
表一
a/(m·s－2) 1.98 4.06 5.95 8.12
F/ N 1.00 2.00 3.00 4.00
表二
正比关系　
反比关系　
0.5 kg　
4 N　
2．(2021·广州市天河外国语学校高一开学考试)某物理课外小组通过如图甲所示的实验装置探究物体加速度与其所受合外力之间的关系。置于实验台上的长木板左端固定一轻滑轮；细线跨过滑轮，一端与放在木板上的小车相连，另一端可悬挂钩码。本实验中可用的钩码共有N＝5个，每个质量均为m。实验步骤如下：
对点训练
(1)为消除摩擦力的影响，实验前平衡摩擦力的具体操作为：取下挂钩码的细绳，把木板不带滑轮的一端适当垫高并反复调节，直到轻推小车后，小车能沿木板做____________________运动；
匀速直线(或匀速)　
(2)将1个钩码挂在细线左端，其余4个钩码放在小车内，用手按住小车并使细线与木板平行。接通打点计时器的电源，然后释放小车，得到如图乙所示的纸带，已知打点计时器打点的周期T＝0.02 s，其中A、B、C、D、E每相邻两个计数点之间还有4个点没有标出，根据纸带提供的
数据，计算小车加速度的表达式为a＝________________(用英文字母表示)，算得小车加速度的大小为________m/s2。(计算结果保留两位有效数字)
0.60　
课堂达标检测
1．(2021·浙江高一月考)某实验小组利用如图甲所示的装置在进行“探究加速度与力和质量的关系”的实验：
甲
(1)图甲中的器材被称为电火花计时器的是______(选填“A”或“B”)，其装置使用的电源是图乙中的______(选填“A”“B”“C”或“D”)。
(2)实验过程中下列做法正确的是________。
A．调节滑轮的高度，使牵引小车的细绳与长木板保持平行
B．适当垫高长木板无滑轮的一端使未挂砝码桶的小车恰能拖着纸带匀速下滑
C．实验时，先释放小车再接通打点计时器电源
D．通过增减小车上的钩码改变质量时，需要每次都重新调节长木板倾斜角度
B　
D　
AB　
(3)在实验中，某同学得到了一条纸带如图所示，选择了A、B、C、D、E作为计数点，相邻两个计数点间还有4个计时点没有标出，其中x1＝7.05 cm，x2＝7.68 cm，x3＝8.33 cm、x4＝8.95 cm，电源50 Hz，可以计算出打纸带上B点时小车的瞬时速度vB＝________m/s，小车运动的加速度大小________m/s2(以上结果都保留两位有效数字)。
0.74　
0.64　
解析：(1)图甲中的器材被称为电火花计时器的是B；电火花计时器使用的是220 V的交流电源，则是图乙中的D；
(2)调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行，否则拉力不会等于合力，故A正确；在调节模板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，不悬挂“重物”，使小车恰能拖着纸带匀速下滑，故B正确；实验时，先接通打点计时器的电源再放小车，故C错误；平衡摩擦力后，有mgsin θ＝μmgcos θ
即μ＝tan θ，与质量无关，故通过增减木块上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度，故D错误。
2．(2021·浙江金华市高一期末)如图所示的甲、乙、丙都是高中物理实验中常见的计时仪器。丙图中a、b分别是光电门的激光发射和接收装置，当一辆带有挡光片的小车从a、b间通过时，光电计时器就可以显示挡光片的挡光时间。
(1)小王同学在“探究小车速度随时间变化规律”的实验中，做了一个U形遮光板如图丁所示，两个遮光片宽度均为L＝5 mm，将此U形遮光板装在小车上，让小车做匀变速直线运动通过静止的光电计时器，实验时测得两次遮光时间分别为Δt1＝0.10 s，Δt2＝0.05 s，从第一个遮光片遮光到第二个遮光片遮光经过的时间t＝1 s，则：第一个遮光片通过光电门的速度大小为________m/s，小车做加速直线运动的加速度大小________m/s2。
0.05　
0.05　
(2)小张同学选用乙图打点计时器来完成“探究加速度与力、质量的关系”实验，实验装置图如图戊所示。图乙是__________(选填“电磁”或“电火花”)打点计时器。
打出一条纸带如下图所示，每两个计数点之间还有四个计时点没有画出来，图中上面的数字为相邻两个计数点间的距离，打点计时器工作频率为50 Hz，打第4个计数点时纸带的速度v4＝________m/s；小车做匀加速直线运动的加速度a＝________m/s2。(保留三位有效数字)
电火花　
1.21　
2.02　
C　
(3)实验时平衡了摩擦力，则图像过原点；但是最后砂桶的质量不是远小于小车的质量，则图线将出现弯曲，由于砂桶及砂子质量不可忽略，相当于质量变大，图线的斜率变小，故C正确。