第四章牛顿运动定律4.2实验探究加速度与力、质量的关系课件2:37张PPT

课件37张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F≈mg。(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m0和小车的质量M0,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m1g。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m2g、m3g…
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M1。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M2、M3…
8.用公式Δx=aT2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: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: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。(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/s2。(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vB= m/s≈1.6 m/s。
由逐差法求解小车的加速度a=
m/s2≈3.2 m/s2(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