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1、第四章实验探究加速度与力质量的关系第四章实验探究加速度与力质量的关系Ppt实验目的、实验器材、实验原理实验目的、实验器材、实验原理实验实验目的目的1.探究加速度与力、质量的关系探究加速度与力、质量的关系2.学会用控制变量法探究物理规律学会用控制变量法探究物理规律3.掌握利用图象处理数据的方法掌握利用图象处理数据的方法实验实验器材器材打点计时器、纸带及复写纸、小车、一端附有定滑轮的长打点计时器、纸带及复写纸、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘和砝码、细绳、低压交流电源、天平木板、小盘和砝码、细绳、低压交流电源、天平(带有一套带有一套砝码砝码)、刻度尺、刻度尺实验实验原理原理1.控制变量法：控制变
2、量法：(1)控制小车质量不变，研究小车的加速度控制小车质量不变，研究小车的加速度a与受力与受力F的关的关 系；系；(2)控制小车受力控制小车受力F不变，研究小车的加速度不变，研究小车的加速度a与其质量与其质量m 的关系的关系.2.需要测量的量：需要测量的量：(1)小车与砝码总质量小车与砝码总质量M(2)小车所受拉力小车所受拉力Fmg (3)小车的加速度小车的加速度a1用天平测出小车和重物的质量分别为用天平测出小车和重物的质量分别为M0、m0，并记录下来，并记录下来2按图按图421将实验器材安装好将实验器材安装好(小车上不系绳小车上不系绳)实验步骤实验步骤图图4213平衡摩擦力，把木板无滑轮的一
3、端下面垫一薄木板，反复平衡摩擦力，把木板无滑轮的一端下面垫一薄木板，反复移动其位置，直到打点计时器正常工作后小车匀速直线运移动其位置，直到打点计时器正常工作后小车匀速直线运动为止动为止4将重物通过细绳系在小车上，接通电源放开小车；取下纸带并在将重物通过细绳系在小车上，接通电源放开小车；取下纸带并在纸带上标上号码及此时所挂重物的重力纸带上标上号码及此时所挂重物的重力m0g.5保持小车的质量不变，改变所挂重物的重力，重复步骤保持小车的质量不变，改变所挂重物的重力，重复步骤4，多做，多做几次实验，并记录好重物的重力几次实验，并记录好重物的重力m1g、m2g，以及加速度填入，以及加速度填入表格表格1.
4、表格表格1物体的质量一定，加速度与受力的关系物体的质量一定，加速度与受力的关系实验次数实验次数加速度加速度a/(ms2)小车受力小车受力F/N123456.保持托盘中所放重物的质量不变，在小车上加放砝码，并测保持托盘中所放重物的质量不变，在小车上加放砝码，并测出小车与所放砝码的总质量出小车与所放砝码的总质量M，接通电源，放开小车，取下，接通电源，放开小车，取下纸带并标上号码纸带并标上号码7继续在小车上加放砝码，重复步骤继续在小车上加放砝码，重复步骤6，多做几次实验，多做几次实验8计算出每次纸带的加速度值及小车与砝码的总质量填入表格计算出每次纸带的加速度值及小车与砝码的总质量填入表格2.表格表格
5、2物体受到的外力一定，加速度与质量的关系物体受到的外力一定，加速度与质量的关系A三条倾斜直线所对应绳的拉力D形成图(丁)的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小标明小车质量；解析探究a与F的关系时，应满足mm，B正确E保持小桶及其中砂子的质量不变，增加小车上的砝码个E保持小桶及其中砂子的质量不变，增加小车上的砝码个3如图429所示是在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，根据实验数据描绘出的三条aF图线，下列说法中正确的是 ()4将重物通过细绳系在小车上，接通电源放开小车；表格2物体受到的外力一定，加速度与质量的关系数，并记录每次增加后的M值，重复上述实验；掌握利用图象处理数据的方法4某同学在实验中
6、保持拉力不变，得到了小车加速度随质量变化的一组数据，如下表所示1分析加速度和力的关系A小车所受的合力就是所挂小盘和砝码的重力(4)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离直线较远的点可舍去5保持小车的质量不变，改变所挂重物的重力，重复步骤4，多做几次实验，并记录好重物的重力m1g、m2g，以及加速度填入表格1.B小车所受的合力的大小等于托盘和砝码通过细绳对小1注意事项注意事项(1)平衡摩擦力时不要挂重物，整个实验平衡了摩擦力后，不需要重平衡摩擦力时不要挂重物，整个实验平衡了摩擦力后，不需要重新平衡摩擦力新平衡摩擦力(2)实验中必须满足小车和砝码的质
7、量远大于小盘和砝码的总质量实验中必须满足小车和砝码的质量远大于小盘和砝码的总质量(3)各纸带上的加速度各纸带上的加速度a，都应是该纸带上的平均加速度，都应是该纸带上的平均加速度(4)作图象时，要使尽可能多的点在所作直线上，不在直线上作图象时，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离直线较远的点可的点应尽可能对称分布在所作直线两侧离直线较远的点可舍去舍去(5)小车应靠近打点计时器且先接通电源再放手小车应靠近打点计时器且先接通电源再放手注意事项及误差分析注意事项及误差分析3误差分析误差分析(1)质量的测量误差、纸带上打点计时器打点间隔距离的测质量的测量误差、纸带
8、上打点计时器打点间隔距离的测量误差量误差(2)因实验原理不完善造成误差：用小盘及砝码的总重力代替小车受因实验原理不完善造成误差：用小盘及砝码的总重力代替小车受到的拉力，存在系统误差小盘及砝码的总质量越接近小车的质量，到的拉力，存在系统误差小盘及砝码的总质量越接近小车的质量，误差就越大误差就越大(3)平衡摩擦力不准造成误差平衡摩擦力不准造成误差.【典例典例1】用如图用如图422所示的所示的装置研究在作用力装置研究在作用力F一定时，小一定时，小车的加速度车的加速度a与小车质量与小车质量M的关的关系，某位同学设计的实验步骤系，某位同学设计的实验步骤如下：如下：对实验步骤的考查对实验步骤的考查图图42
9、2A用天平称出小车和小桶及内部所装砂子的质量；用天平称出小车和小桶及内部所装砂子的质量；B按图装好实验器材；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砂桶；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将电磁打点计时器接在6 V电压的蓄电池上，接通电源，放电压的蓄电池上，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；标明小车质量；E保持小桶及其中砂子的质量不变，增加小车上的砝码个保持小桶及其中砂子的质量不变，增加小车上的砝码个 数，并记录每次增加后的数，并记录每次增加后的M值，重复上述实
10、验；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；分析每条纸带，测量并计算出加速度的值；G作作aM关系图象，并由图象确定关系图象，并由图象确定aM关系关系(1)该同学漏掉的重要实验步骤是该同学漏掉的重要实验步骤是_，该步骤应排在，该步骤应排在_步实步实验之后验之后(2)在上述步骤中，有错误的是在上述步骤中，有错误的是_，应把，应把_改为改为_(3)在上述步骤中，处理不恰当的是在上述步骤中，处理不恰当的是_，应把，应把_改为改为_答案答案(1)该同学漏掉的重要实验步骤是该同学漏掉的重要实验步骤是平衡摩擦力，该步骤应平衡摩擦力，该步骤应排在按图装好实验器材即排在按图装好实验器材即B步实
11、验之后步实验之后(2)在上述步骤中，有错误的是步骤在上述步骤中，有错误的是步骤D，应把，应把6 V电压的蓄电池改为电压的蓄电池改为6 V以下交流电压的学生电源以下交流电压的学生电源平衡摩擦力平衡摩擦力方法：将不带定滑轮的一端适当垫高，在不挂托盘情况下，使小车带动方法：将不带定滑轮的一端适当垫高，在不挂托盘情况下，使小车带动着纸带着纸带(打点计时器打点时打点计时器打点时)，沿长木板恰好做匀速直线运动，沿长木板恰好做匀速直线运动目的：使托盘与砝码的重力等于小车受到的合力目的：使托盘与砝码的重力等于小车受到的合力【跟踪跟踪1】在在“探究加速度与力、质量的关系探究加速度与力、质量的关系”实验中，关于小
12、车所实验中，关于小车所受的合力，下列叙述中正确的是受的合力，下列叙述中正确的是 ()A小车所受的合力就是所挂小盘和砝码的重力小车所受的合力就是所挂小盘和砝码的重力B小车所受的合力的大小等于托盘和砝码通过细绳对小小车所受的合力的大小等于托盘和砝码通过细绳对小车施加的拉力车施加的拉力C只有平衡摩擦力之后，小车所受合力才等于细绳对只有平衡摩擦力之后，小车所受合力才等于细绳对小车的拉力小车的拉力D只有平衡摩擦力之后，且当小车的质量远大于托盘只有平衡摩擦力之后，且当小车的质量远大于托盘和砝码的总质量时，小车所受合力的大小可认为等于和砝码的总质量时，小车所受合力的大小可认为等于托盘和砝码的重力大小托盘和砝
13、码的重力大小解析解析托盘与砝码的重力不可说成是小车所受的合力，托盘与砝码的重力不可说成是小车所受的合力，A错误；错误；由于小车下滑必受摩擦力作用，平衡摩擦力之后由于小车下滑必受摩擦力作用，平衡摩擦力之后(实际上是实际上是Mgsin Ff)，小车所受合力才等于细绳的拉力，小车所受合力才等于细绳的拉力，B错误、错误、C正确；只有正确；只有当小车质量当小车质量M远大于托盘与砝码质量远大于托盘与砝码质量m(即即Mm)时，细绳中的拉时，细绳中的拉力大小才近似等于托盘和砝码的重力大小，也只有平衡了摩擦力力大小才近似等于托盘和砝码的重力大小，也只有平衡了摩擦力之后，小车所受合力大小才近似等于托盘和砝码的重力
14、大小，之后，小车所受合力大小才近似等于托盘和砝码的重力大小，D正确正确答案答案CD1分析加速度和力的关系分析加速度和力的关系依据表格依据表格1，以加速度，以加速度a为纵坐标，以外力为纵坐标，以外力F为横坐标，作出为横坐标，作出aF关系图象，如图关系图象，如图423所示所示2分析加速度和质量的关系分析加速度和质量的关系数据处理数据处理图图423图图424【典例典例2】“探究加速度与力、质量的关系探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图的实验装置如图425甲所示甲所示图图425C形成图(丙)的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大7继续在小车上加放砝码，重复步骤6，多做几次实验7继续在小车上加放砝码，
15、重复步骤6，多做几次实验D直线3对应的小车和砝码的总质量最大(3)各纸带上的加速度a，都应是该纸带上的平均加速度打点计时器、纸带及复写纸、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘和砝码、细绳、低压交流电源、天平(带有一套砝码)、刻度尺实验目的、实验器材、实验原理(3)根据提供的实验数据作出的aF图线不通过原点，请说明主要原因只有当小车质量M远大于托盘与砝码质量m(即Mm)时，细绳中的拉力大小才近似等于托盘和砝码的重力大小，也只有平衡了摩擦力之后，小车所受合力大小才近似等于托盘和砝码的重力大小，D正确A三条倾斜直线所对应绳的拉力A三条倾斜直线所对应绳的拉力【跟踪1】在“探究加速度与力、质量的关系”实验
16、中，关于小车所受的合力，下列叙述中正确的是 ()1在做“探究加速度与力、质量的关系”的实验时 ()掌握利用图象处理数据的方法Am500 g，m分别为50 g、70 g、100 g、125 g(1)在平衡小车与桌面之间摩擦力的过程中，打出了一条纸带如图在平衡小车与桌面之间摩擦力的过程中，打出了一条纸带如图425乙所示计时器打点的时间间隔为乙所示计时器打点的时间间隔为0.02 s从比较清晰的点起，从比较清晰的点起，每每5个点取一个计数点，量出相邻计数点之间的距离该小车的加个点取一个计数点，量出相邻计数点之间的距离该小车的加速度大小速度大小a_ m/s2.(结果保留两位有效数字结果保留两位有效数字)
17、(2)平衡摩擦力后，将平衡摩擦力后，将5个相同的砝码都放在小车上挂上砝码盘，然个相同的砝码都放在小车上挂上砝码盘，然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中，测量小车的加速度小车后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中，测量小车的加速度小车的加速度的加速度a与砝码盘中砝码总重力与砝码盘中砝码总重力F的实验数据如下表：的实验数据如下表：砝码盘中砝码总砝码盘中砝码总重力重力F/N0.1960.3920.5880.7840.980加速度加速度a/(ms2)0.691.181.662.182.70请根据实验数据在图请根据实验数据在图426中作出中作出aF的关系图象的关系图象(3)根据提供的实验数据作出的根
18、据提供的实验数据作出的aF图图线不通过原点，请说明主要原因线不通过原点，请说明主要原因图图426(2)aF图象如图所示图象如图所示答案答案(1)0.16(2)aF图象见解析图图象见解析图(3)未计入砝码盘重力或砝码未计入砝码盘重力或砝码盘的重力不能忽略盘的重力不能忽略实验中作出的实验中作出的aF图象有时不过原点，如图图象有时不过原点，如图427所示造成这种现象的主要原因是：实验中没有考虑砝码托所示造成这种现象的主要原因是：实验中没有考虑砝码托盘的质量，误将砝码的重力等于拉力盘的质量，误将砝码的重力等于拉力F，或是平衡摩擦力时垫得，或是平衡摩擦力时垫得太高了，会出现图象甲的情况；实验中没有平衡摩
19、擦力或摩擦力平太高了，会出现图象甲的情况；实验中没有平衡摩擦力或摩擦力平衡不充分，会出现图象乙的情况衡不充分，会出现图象乙的情况图图427【跟踪跟踪2】如图如图428是某些同学根据实验数据画出的图象，下列是某些同学根据实验数据画出的图象，下列说法中正确的是说法中正确的是 ()图图428A形成图形成图(甲甲)的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大B形成图形成图(乙乙)的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小C形成图形成图(丙丙)的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大D形成图形成图(丁丁)的原因是平衡摩擦力时长
20、木板倾角过小的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小答案答案AD1在做在做“探究加速度与力、质量的关系探究加速度与力、质量的关系”的实验时的实验时 ()A应使砂和小桶的总质量远小于小车和砝码的总质量，以应使砂和小桶的总质量远小于小车和砝码的总质量，以减小实验误差减小实验误差实验操作实验操作答案答案ACD2在保持小车质量在保持小车质量m不变，探究不变，探究a与与F的关系时，小车质量的关系时，小车质量m和小盘和小盘及砝码质量及砝码质量m分别选取下列四组值若其他操作都正确，要使所分别选取下列四组值若其他操作都正确，要使所画出的画出的aF图线较准确，应选用的一组测量值是图线较准确，应选用的一组测量值是 ()
21、Am500 g，m分别为分别为50 g、70 g、100 g、125 gBm500 g，m分别为分别为20 g、30 g、40 g、50 gCm200 g，m分别为分别为50 g、70 g、100 g、125 gDm100 g，m分别为分别为30 g、40 g、50 g、60 g解析解析探究探究a与与F的关系时，应满足的关系时，应满足mm，B正确正确答案答案B3如图如图429所示是在所示是在“探究加速度与力、探究加速度与力、质量的关系质量的关系”实验中，根据实验数据描实验中，根据实验数据描绘出的三条绘出的三条aF图线，下列说法中正确图线，下列说法中正确的是的是 ()数据处理与误差分析数据处理与
22、误差分析图图429A三条倾斜直线所对应绳的拉力三条倾斜直线所对应绳的拉力 相同相同B三条倾斜直线所对应的小车和砝码的总质量不同三条倾斜直线所对应的小车和砝码的总质量不同C直线直线1对应的小车和砝码的总质量最大对应的小车和砝码的总质量最大D直线直线3对应的小车和砝码的总质量最大对应的小车和砝码的总质量最大答案答案BD4某同学在实验中保持拉力不变，得到了小车加速度随质量变化的某同学在实验中保持拉力不变，得到了小车加速度随质量变化的一组数据，如下表所示一组数据，如下表所示请你在图请你在图4210方格中建立合适坐标系并画出能直观反映出加方格中建立合适坐标系并画出能直观反映出加速度与质量关系的图线速度与质量关系的图线图图4210