步步高2014届高考物理一轮课件 实验四 探究加速度与力、质量的关系（32PPT）

基 础 回 放 随 堂 训 练 课 堂 探 究 学 科 素 养 培 养 实验四 探究加速度与力、质量的关系 物理 人教版 第三章 牛顿运动定律 基 础 回 放 随 堂 训 练 课 堂 探 究 学 科 素 养 培 养 基础回放 · 要点整合 基本实验要求 1 实验原理 ( 见实验原理图 ) (1) 保持质量不变，探究加速度跟合外力的关系 (2) 保持合外力不变，确定加速度与质量的关系 (3 ) 作出 a F 图象和 a 1m 图象，确定其关系 2 实验器材 小车、砝码、小盘、细绳、附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、低压交流电源、导线两根、纸带、天平、米尺 实验原理图 基 础 回 放 随 堂 训 练 课 堂 探 究 学 科 素 养 培 养 3 实验步骤 (1 ) 用天平测出小车和盛有砝码的小盘的质量 m 和 m ，把数据记录在表格中 (2 ) 把实验器材安装好，平衡摩擦力 (3 ) 在小盘里放入适量的砝码，把砝码和小盘的质量 m 记录在表格中 (4 ) 保持小车的质量不变，改变砝码的质量，按上面步骤再做 5 次实验 (5 ) 算出每条纸带对应的加速度的值并记录在表格中 (6 ) 用纵坐标表示加速度 a ，横坐标表示合外力，即砝码和小盘的总重力 m g ，根据实验数据在坐标平面上描出相应的点，作图线 (7 ) 用纵坐标表示加速度 a ，横坐标表示小车质量的倒数， 在坐标系中根据实验数据描出相应的点并作图线 基础回放 · 要点整合 基 础 回 放 随 堂 训 练 课 堂 探 究 学 科 素 养 培 养 加速度与力步骤 加速度与力数据 加速度与质量步骤 加速度与质量数据 基础回放 · 要点整合 基 础 回 放 随 堂 训 练 课 堂 探 究 学 科 素 养 培 养 1 注意事项 (1 ) 平衡摩擦力：适当垫高木板的右端，使小车的重力沿斜面方向的分力正好平衡小车受到的阻力在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细绳系在小车上，让小车拉着打点的纸带匀速运动 (2 ) 不重复平衡摩擦力 (3 ) 实验条件： m m . (4 ) 一先一后一按：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，再释放小车，且应在小车到达滑轮前按住小车 基础回放 · 要点整合 规律方法总结 基 础 回 放 随 堂 训 练 课 堂 探 究 学 科 素 养 培 养 2 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 m g 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 3 数据处理 (1 ) 利用 x a . (2 ) 以 a 为纵坐标， F 为横坐标，根据各组数据描点，如果这些点在 一条过原点的直线上，说明 a 与 F 成正比 (3 ) 以 a 为纵坐标，1点、连线，如果该线过原点，就能 判定 a 与 m 成反比 . 基础回放 · 要点整合 基 础 回 放 随 堂 训 练 课 堂 探 究 学 科 素 养 培 养 课堂探究 · 考点突破 (1 ) 实验时先不挂钩码，反复调整垫木的左右位置，直到小车做匀速 直线 运动，这样做的目的是 . 考点一 对实验原理和误差分析的考查 【 例 1 】 用如图 1 所示装置做 “ 探究物体的加速度跟力的关系 ” 的实验实验时保持小车的质量不变，用钩码所受的重力作为小车受到的合力，用打点计时器和小车后端拖动的纸带测出小车运动的加速度 图 1 平衡小车运动中所受的摩擦阻力 解析 ( 1 ) 使平面轨道的右端垫起，让小车重力沿斜面方向的分力与它受的摩擦阻力平衡，才能认为在实验中小车受的合外力就是钩码的拉力，所以这样做的目的是平衡小车运动中所受的摩擦阻力 基 础 回 放 随 堂 训 练 课 堂 探 究 学 科 素 养 培 养 课堂探究 · 考点突破 (2 ) 图 2 为实验中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 ，相邻两个计数点之间都有 4 个点迹没有标出，测出各计数点到 A 点之间的距离，如图所示已知打点计时器接在频率为 5 0 H z 的交流电源两端，则此次实验中小车运动的加速度的测量值 a _ _ _ _ _ _ _ _ m / 结果保留两位有效数字 ) 图 2 析 ( 2 ) 由 x a x x x x 2 x x 2 ( 2 1 . 6 0 8 . 7 9 8 . 7 9 ) × 10 24 × ( 0 . 1 )2 m/1 . 0 m / 基 础 回 放 随 堂 训 练 课 堂 探 究 学 科 素 养 培 养 课堂探究 · 考点突破 (3 ) 实验时改变所挂钩码的质量，分别测量小车在不同外力作用下的加速度根据测得的多组数据画出 a F 关系图线，如图 3 所示此图线的 明显偏离直线，造成此现象的主要原因可能是 _ _ _ _ _ _ _ _ ( 选填下列选项的序号 ) A 小车与平面轨道之间存在摩擦 B 平面轨道倾斜角度过大 C 所挂钩码的总质量过大 D 所用小车的质量过大 图 3 C 解析 ( 3 ) 在实验中认为细绳的张力 F 就是钩码的重力 实际上，细绳张力 F F 即 F m· a 1M m· 1M 所以当拉力 F 变大时， m 必定变大，1M M m 时， a F 图象为直线， 当不满足 M m 时，便有 a F 图象的斜率逐渐变小，选项 C 正确 基 础 回 放 随 堂 训 练 课 堂 探 究 学 科 素 养 培 养 考点二 对实验步骤和数据处理的考查 【 例 2 】 ( 2 012· 全国 · 23 ) 图 4 为验证牛顿第二定律的实验装置示意图图中打点计时器的电源为 5 0 交流电源，打点的时间间隔用 t 表示在小车质量未知的情况下，某同学设计了一种方法用来探究 “ 在外力一定的条件下，物体的加速度与其质量间的关系 ” 课堂探究 · 考点突破 图 4 基 础 回 放 随 堂 训 练 课 堂 探 究 学 科 素 养 培 养 课堂探究 · 考点突破 ( 1) 完成下列实验步骤中的填空 平衡小车所受的阻力：小吊盘中不放物块，调整木板右端的高度，用手轻拨小车，直到打点计时器打出一系列 _ _ 的点 按住小车，在小吊盘中放入适当质量的物块，在小车中放入砝码 打开打点计时器电源，释放小车，获得带有点列的纸带，在纸带上标出小车中砝码的质量 m . 按住小车，改变小车中砝码的质量，重复步骤 . 在每条纸带上清晰的部分，每 5 个间隔标注一个计数点测量相邻计数点的间距 . 求出与不同 m 相对应的加速度 a . 以砝码的质量 m 为横坐标，1坐标纸上作出1a m 关系图线若加速度与小车和砝码的总质量成反比，则1a与 m 应成 _ _ 关系( 填 “ 线性 ” 或 “ 非线性 ” ) 等间距 线性 解析 ( 1 ) 平衡小车阻力后，小车可做匀速直线运动，所以打出的点是等间距的；设小车质量为M ，由于加速度与小车和砝码的总质量成反比，则有 a m ( k 为常数 ) ，变形得 1a 由于 k 、 M 不变，故 1a 与 m 为线性关系 基 础 回 放 随 堂 训 练 课 堂 探 究 学 科 素 养 培 养 课堂探究 · 考点突破 ( 2) 完成下列填空： ( i ) 本实验中，为了保证在改变小车中砝码的质量时，小车所受的拉力近似不变，小吊盘和盘中物块的质量之和应满足的条件是 远小于小车和砝码的总质量 解析 ( 2 ) (i ) 根据牛顿第二定律，对小吊盘和盘中物块： m 0 g F m 0 a ， 对小车： F M a 所以 F M M m 0· m 0 g 11 m 0M · m 0 g ， 当 m 0 M 时 F m 0 g ，所以要保证小车和车中砝码所受的拉力近似不变， 小吊盘和盘中物块的质量之和 m 0 要远小于小车和车中砝码的总质量 M . 基 础 回 放 随 堂 训 练 课 堂 探 究 学 科 素 养 培 养 课堂探究 · 考点突破 ( i i ) 设纸带上三个相邻计数点的间距为 s 1 、 s 2 和 s 3 . a 可用 s 1 、 s 3 和 a _ _ _. 图 5 为用米尺测量某一纸带上的 s 1 、 s 3 的情况，由图可读出 s 1 _ _ m m ， s 3 _ _ m m ，由此求得加速度的大小 a _ _ _m / 图 5 析 ( i i ) 由运动学推论 s m s n ( m n ) s 3 s 1 2 5 t ，所以 a s 3 s 12 5 t 2 s 3 s 15 0 从刻度尺可读出 s 1 3 6 . 6 m m 1 2 . 4 m m 2 4 . 2 m m ， s 3 1 2 0 . 0 m m 7 2 . 7 m m 4 7 . 3 m m 代入上述公式求得 a 1 . 1 6 m / 础 回 放 随 堂 训 练 课 堂 探 究 学 科 素 养 培 养 课堂探究 · 考点突破 ( i i i ) 图 6 为所得实验图线的示意图设图中直线的斜率为 k ，在纵轴上的截距为 b ，若牛顿定律成立，则小车受到的拉力为 _ _ _ _ ，小车的质量为 _ _ _ 图 6 1k 析 ( i i i ) 设小车质量为 M ，拉力为 F ，则有 F ( M