2 探究加速度与力、质量的关系40张PPT

课件40张PPT。探究加速度与力、质量的关系 实验原理及误差分析
【典例1】某同学设计了如图所示的装置来探究加速度与力的关系.弹簧秤固定在一合适的木板上，桌面的右边缘固定一支表面光滑的铅笔以代替定滑轮，细绳的两端分别与弹簧秤的挂钩和矿泉水瓶连接.在桌面上画出两条平行线MN、PQ，并测出间距d.开始时将木板置于MN处，现缓慢向瓶中加水，直到木板刚刚开始运动为止，记下弹簧秤的示数F0，以此表示滑动摩擦力的大小.再将木板放回原处并按住，继续向瓶中加水后，记下弹簧秤的示数F1，然后释放木板，并用秒表记下木板运动到PQ处的时间t.
（1）木板的加速度可以用d、t表示为a＝ _________ ；为了减小测量加速度的偶然误差可以采用的方法是（一种即可） ________________ .（2）改变瓶中水的质量重复实验，确定加速度a与弹簧秤示数F1的关系.如图所示图象能表示该同学实验结果的是____ .（3）用加水的方法改变拉力的大小与挂钩码的方法相比，它的优点是 _______ .
a.可以改变滑动摩擦力的大小
b.可以更方便地获取多组实验数据
c.可以比较精确地测出摩擦力的大小
d.可以获得更大的加速度以提高实验精度【标准解答】（1）木板在绳子拉力的作用下做初速度为零的匀加速直线运动，由d= 可知：a= .为了减小测量加速度的偶然误差可以采用的方法是保持F1不变，重复实验多次测量d、t取平均值.（2）该实验原理与教材实验原理类似，同样需要满足木板的质量M远大于矿泉水瓶的质量m，此时可认为绳上的拉力近似等于弹簧秤示数F1.本实验中没有平衡摩擦力，但通过题意可知受到的摩擦力为F0，木板受到的合外力为（F1- F0）.图象反映的是a与F1的关系，而不是a与（F1- F0）的关系，所以图象不过原点.当F1增大时，即矿泉水瓶的质量m增大时，实验的前提条件不再满足，此时a越大，绳上的拉力就越小于弹簧秤示数F1，加速度增加得就越慢，图线向下弯曲，c正确.（3）用加水的方法改变拉力的大小与挂钩码的方法相比，它的优点是可以更方便地获取多组实验数据和比较精确地测出摩擦力的大小，b、c说法是正确的；两种实验方法都不可以改变滑动摩擦力的大小，a错误；通过（2）中分析可以知道当加速度增大时，实验条件便不再满足，此时实验误差变大，d说法错误.
答案：（1）2 d/t2 保持F1不变，重复实验多次测量，求平均值 （2）c （3）b、c 实验数据处理
【典例2】在做“探究加速度和力、质量的关系”的实验中，保持小车和砝码的总质量不变，测得小车的加速度a和拉力F的数据如表所示（1）根据表中的数据在坐标系上作出a-F图象；
（2）图象斜率的物理意义是
_______________________ .
（3）小车和砝码的总质量为________ kg.
（4）图线（或延长线）与F轴
截距的物理意义是______________________________ 【标准解答】（1）根据所给数据
在所给坐标系中准确描点，作出的
a-F图象如图所示.
（2）根据（1）中图象可知，保持
小车和砝码的总质量不变，小车的
加速度a和拉力F成正比；若保持力
F不变，改变小车和砝码的总质量，
通过实验探究可知小车的加速度a与小车和砝码的总质量成反比；因此可以判断（1）中图象斜率表示小车和砝码总质量的倒数.（3）由（1）中图象可得： = ，解得M=1 kg.
（4）由a-F图象可知,当力F=0.1 N时,小车开始运动,说明此时小车受到的阻力为0.1 N.
答案：（1）见标准解答 （2）小车和砝码总质量的倒数
（3）1 （4）小车受到的阻力为0.1 N课后练习说明：“课后练习”是为了检验同学们所学内容知识的基础练习，也是为了让同学们在练习中发现问题而特别设置的内容，请科代表组织学习，如果遇到不能解决的题目，可以咨询老师。
1. （5分）在利用打点计时器探究加速度与力、质量关系的实验中，以下做法正确的是( )
A.平衡摩擦力时，应将重物用细绳通过定滑轮系在小车上
B.每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力
C.实验时，先放开小车，后接通电源
D.“重物的质量远小于小车的质量”这一条件如不满足，对探究过程也不会产生影响【解析】选B.平衡摩擦力时，不可把重物用细绳通过定滑轮系在小车上，即不对小车施加拉力,在木板无滑轮的一端下面垫一薄木块，反复移动其位置，直到拖在小车后面的纸带上打出的点间距均匀为止,设木板的倾角为θ，则平衡摩擦力后有mgsin θ = μmg cosθ，即θ= arctanμ，θ与小车的质量无关，故每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力,A错误，B正确；实验时，应先接通电源，待打点计时器打点稳定后再放开小车,C错误；实验要求重物的质量远小于小车的质量，因为只有这样，重物的重力才近似等于细绳对小车的拉力，D错误.2.（2011·南京高一检测）（6分）如图所示是某同学探究加速度与力、质量的关系时，已接通电源正要释放纸带时的情况，请你指出该同学的五个差错； （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 ________ .【解析】探究加速度与力、质量的关系时，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的一端，即应靠右端；释放纸带时小车应靠近打点计时器；连接小车的细线应保持水平，故应调节滑轮位置使拉线水平；实验时应平衡摩擦力，使小车所受重力沿斜面方向的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3.（2011·广州高一检测）（7分）探究物体的加速度与力、质量的关系实验如下：
（1）在探究物体的加速度与力的关系时，应保持 _____ 不变，改变施加在物体上的水平拉力F，测出相对应的加速度a.
（2）在探究物体的加速度与物体质量的关系时，应保持 _____ 不变，改变物体的质量m，测出相对应的加速度a.
（3）如果 图象是通过坐标原点的一条直线，则说明 _____ .
A.物体的加速度a与其质量m成正比
B.物体的加速度a与其质量m成反比
C.物体的质量m与其加速度a成反比
D.物体的质量m与其加速度a成反比【解析】探究物体的加速度与力、质量的关系时利用控制变量法.
（1）在探究物体的加速度与力的关系时，应保持质量不变，改变施加在物体上的水平拉力F，测出相对应的加速度a.
（2）在探究物体的加速度与物体的质量的关系时，应保持力不变，改变物体的质量m，测出相对应的加速度a.
（3）数据处理时应画出a-F和a- 图象得出物体的加速度 与力、质量的关系，如果a- 图象是通过坐标原点的一条 直线，则说明物体的加速度a与其质量m成反比，B正确.
答案：（1）质量 （2）力 （3）B4.（7分）在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，我们得到了如图所示的两个实验图象a、b，描述加速度与质量关系的图线是 ______ ，描述加速度与力的关系的图线是 _____ .【解析】a图中的图象为经过原点的倾斜直线，表明加速度a与横坐标轴所表示的物理量成正比，即a图描述了加速度与力的关系.b图为双曲线的一支，表明加速度与横坐标轴所表示的物理量成反比，故b图描述了加速度与质量的关系.
答案：b a5.（探究创新）（12分）（1）在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中备有下列器材：
A.电磁打点计时器；B.天平(带砝码)；C.秒表；D.低压直流电源；E.纸带和复写纸；F.导线 ；G.细绳；H.小车；I.砂和小桶；J.一端附有滑轮的长木板；K.砝码
其中多余的器材是 _____ (填代号)，缺少的器材是 _____ 和 _____ .（2）如图为“探究加速度与力、质量的关系”的实验中用打点计时器打出的一条较理想的纸带,纸带上A、B、C、D、E、F、G为七个相邻的计数点，相邻计数点间的时间是0.1 s，距离如图所示，单位是cm，小车的加速度是 ______ m/s2.(3)在探究加速度a与质量m的关系时，分别以 _______ 为纵坐标、 _______ 为横坐标作图象，这样就能直观地看出其关系.【解析】（1）实验的重点是在质量一定时,根据不同力作用下打出的纸带,求出加速度；在力一定时,根据在不同质量条件下打出的纸带,求出加速度,故只要明确打点计时器工作原理和实验步骤,则可判断多余的器材是C、D；缺少的器材是低压交流电源和刻度尺.
（2）利用逐差法求加速度：
a=
=
=1.59 m/s2(3)探究加速度a与质量m的关系时，以a为纵坐标，以 为 横坐标,作出的图象为经过原点的倾斜直线，这样很容易看出它们的关系.
答案：（1）C、D 低压交流电源 刻度尺
（2）1.59 (3)a6.（2010·江苏高考）（13分）为了探究受到空气阻力时，物体运动速度随时间的变化规律，某同学采用了“加速度与物体质量、物体受力关系”的实验装置（如图所示）.实验时，平衡小车与木板之间的摩擦力后，在小车上安装一薄板，以增大空气对小车运动的阻力.（1）往砝码盘中加入一小砝码，在释放小车 _______（选填“之前”或“之后”）接通打点计时器的电源，在纸带上打出一系列的点.
（2）从纸带上选取若干计数点进行测量，得出各计数点的时间t与速度v的数据如表：请根据实验数据作出小车的v-t图象.（3）通过对实验结果的分析，该同学认为：随着运动速度的增加，小车所受的空气阻力将变大，你是否同意他的观点？请根据v-t图象简要阐述理由.
【解析】（1）进行本实验时，要求释放小车之前接通打点计时器的电源.（2）根据所给数据在所给图象中准确描点，图象如图所示.（3）由图象可知，速度越大时，其图象斜率越来越小，即加速度越来越小，可知小车受到的合力越小，则小车受空气阻力越大.
答案：（1）之前 （2）见解析 （3）同意 在v-t图象中，速度越大时，加速度越小，小车受到的合力越小，则小车受空气阻力越大.