(2021新人教版)高中物理必修第一册第4章 2 实验:探究加速度与力、质量的关系讲义.doc
- 【下载声明】
1. 本站全部试题类文档,若标题没写含答案,则无答案;标题注明含答案的文档,主观题也可能无答案。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
2. 本站全部PPT文档均不含视频和音频,PPT中出现的音频或视频标识(或文字)仅表示流程,实际无音频或视频文件。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
3. 本页资料《(2021新人教版)高中物理必修第一册第4章 2 实验:探究加速度与力、质量的关系讲义.doc》由用户(大布丁)主动上传,其收益全归该用户。163文库仅提供信息存储空间,仅对该用户上传内容的表现方式做保护处理,对上传内容本身不做任何修改或编辑。 若此文所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知163文库(点击联系客服),我们立即给予删除!
4. 请根据预览情况,自愿下载本文。本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
5. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007及以上版本和PDF阅读器,压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 2021新教材 【2021新人教版】高中物理必修第一册第4章 实验:探究加速度与力、质量的关系讲义 2021 新教材 人教版 高中物理 必修 一册 实验 探究 加速度 质量 关系 讲义 下载 _必修 第一册_人教版(2019)_物理_高中
- 资源描述:
-
1、1 2.2.实验:探究加速度与力、质量的关系实验:探究加速度与力、质量的关系 实验目标实验目标:1.学会用控制变量法研究物理规律学会用控制变量法研究物理规律。2.会测量加速度会测量加速度、力和质量力和质量, 能做出物体运动的能做出物体运动的 aF、a 1 m图像。 图像。3.会通过实验探究加速度与力、质量的定量会通过实验探究加速度与力、质量的定量 关系。关系。 一、实验原理与方法一、实验原理与方法 1实验思路实验思路控制变量法控制变量法 (1)探究加速度与力的关系探究加速度与力的关系 保持小车保持小车质量质量不变,通过改变不变,通过改变砝码的个数砝码的个数改变小车所受的拉力,测得不同改变小车所
2、受的拉力,测得不同 拉力下小车运动的加速度,分析加速度与拉力的定量关系。拉力下小车运动的加速度,分析加速度与拉力的定量关系。 (2)探究加速度与质量的关系探究加速度与质量的关系 保持小车所受的保持小车所受的拉力拉力不变,通过在小车上不变,通过在小车上增加重物增加重物改变小车的质量,测得改变小车的质量,测得 不同质量对应的加速度,分析加速度与质量的定量关系。不同质量对应的加速度,分析加速度与质量的定量关系。 2物理量的测量物理量的测量 (1)质量的测量质量的测量:用用天平天平测量测量。在小车中在小车中增减砝码的数量增减砝码的数量可改变小车的质量可改变小车的质量。 (2)加速度的测量加速度的测量
3、方法方法 1:让小车做初速度为:让小车做初速度为 0 的匀加速直线运动,用的匀加速直线运动,用刻度尺刻度尺测量位移测量位移 x, 用用秒表秒表测量发生这段位移所用的时间测量发生这段位移所用的时间 t,然后由,然后由 a2x t2 计算出加速度计算出加速度 a。 方法方法 2:由纸带根据公式:由纸带根据公式xaT2,结合逐差法计算出小车的加速度。,结合逐差法计算出小车的加速度。 方法方法 3:不直接测量加速度,求加速度之比,例如:让两个做初速度为:不直接测量加速度,求加速度之比,例如:让两个做初速度为 0 的匀加速直线运动的物体运动时间的匀加速直线运动的物体运动时间 t 相等,测出各自的位移相等
4、,测出各自的位移 x1、x2,则,则a1 a2 x1 x2, , 把加速度的测量转换成把加速度的测量转换成位移位移的测量。的测量。 (3)力的测量力的测量 在阻力得到补偿的情况下,小车受到的在阻力得到补偿的情况下,小车受到的拉力拉力等于小车所受的合力,在槽码等于小车所受的合力,在槽码 的质量比小车的质量的质量比小车的质量小得多小得多时,可认为小车所受的拉力近似等于时,可认为小车所受的拉力近似等于槽码所受的重槽码所受的重 力力。 2 二、实验器材二、实验器材 小车、槽码、砝码、细绳、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器小车、槽码、砝码、细绳、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、 交流电
5、源交流电源、纸带、纸带、刻度尺刻度尺、天平天平。 三、进行实验三、进行实验(以参考案例以参考案例 1 为例为例) 1用用天平天平测出小车的质量测出小车的质量 m,并把数值记录下来。,并把数值记录下来。 2按如图所示的装置把实验器材安装好按如图所示的装置把实验器材安装好(小车上先不系细绳小车上先不系细绳)。 3补偿阻力补偿阻力:在长木板不带定滑轮的一端下面垫上垫木在长木板不带定滑轮的一端下面垫上垫木,反复移动垫木位反复移动垫木位 置,启动打点计时器,直到轻推小车使小车在斜面上运动时可保持置,启动打点计时器,直到轻推小车使小车在斜面上运动时可保持匀速直线匀速直线运运 动为止动为止(纸带上相邻点间距
6、相等纸带上相邻点间距相等),此时小车重力沿斜面方向的分力等于打点计时此时小车重力沿斜面方向的分力等于打点计时 器对小车的阻力和长木板的摩擦阻力及其他阻力之和。器对小车的阻力和长木板的摩擦阻力及其他阻力之和。 4用细绳绕过定滑轮系在小车上,另一端挂上槽码,保持小车质量不变用细绳绕过定滑轮系在小车上,另一端挂上槽码,保持小车质量不变, 改变槽码的个数,以改变小车所受的拉力,处理纸带,测出加速度,将结果填改变槽码的个数,以改变小车所受的拉力,处理纸带,测出加速度,将结果填 入表入表 1 中。中。 表表 1小车质量一定小车质量一定 拉力拉力 F/N 加速度加速度 a/(ms 2) 5.保持槽码个数不变
7、保持槽码个数不变,即保持小车所受的拉力不变即保持小车所受的拉力不变,在小车上加放砝码在小车上加放砝码,重重 复上面的实验,求出相应的加速度,把数据记录在表复上面的实验,求出相应的加速度,把数据记录在表 2 中。中。 表表 2小车所受的拉力一定小车所受的拉力一定 质量质量 m/kg 加速度加速度 a/(ms 2) 四、数据分析四、数据分析 1分析加速度分析加速度 a 与力与力 F 的定量关系的定量关系 由表由表 1 中记录的数据,以加速度中记录的数据,以加速度 a 为纵坐标,力为纵坐标,力 F 为横坐标,根据测量数为横坐标,根据测量数 据描点,然后作出据描点,然后作出 aF 图像,如图甲所示,若
8、图像是一条图像,如图甲所示,若图像是一条通过原点的直线通过原点的直线,就,就 3 能说明能说明 a 与与 F 成成正比正比。 甲甲乙乙 2分析加速度分析加速度 a 与质量与质量 m 的定量关系的定量关系 由表由表 2 中记录的数据,以中记录的数据,以 a 为纵坐标,以为纵坐标,以 1 m为横坐标,根据测量数据描点 为横坐标,根据测量数据描点, 然后作出然后作出 a 1 m图像 图像, 如图乙所示如图乙所示。 若若 a 1 m图像是一条 图像是一条过原点的直线过原点的直线, 说明说明 a 与与 1 m成 成 正比正比,即,即 a 与与 m 成成反比反比。 3实验结论实验结论 (1)保持物体质量不
9、变时,物体的加速度保持物体质量不变时,物体的加速度 a 与所受拉力与所受拉力 F 成成正比正比。 (2)保持拉力保持拉力 F 不变时,物体的加速度不变时,物体的加速度 a 与质量与质量 m 成成反比反比。 五、误差分析五、误差分析 产生原因产生原因减小方法减小方法 偶然偶然 误差误差 质量测量不准、计数点间质量测量不准、计数点间 距测量不准距测量不准 多次测量求平均值多次测量求平均值 小车所受拉力测量不准小车所受拉力测量不准 准确平衡摩擦力准确平衡摩擦力 使细绳和纸带平行于木板使细绳和纸带平行于木板 作图不准作图不准 使尽可能多的点落在直线上或均匀分布在使尽可能多的点落在直线上或均匀分布在 直
10、线两侧,误差较大的点舍去直线两侧,误差较大的点舍去 系统系统 误差误差 小盘及槽码的总重力代替小盘及槽码的总重力代替 小车所受的拉力小车所受的拉力 使小盘和槽码的总质量远小于小车的质量使小盘和槽码的总质量远小于小车的质量 六、注意事项六、注意事项 1平衡摩擦力时不要挂重物平衡摩擦力时不要挂重物,整个实验平衡了摩擦力后整个实验平衡了摩擦力后,不管以后是改变不管以后是改变 小盘和槽码的质量还是改变小车及砝码的质量,都不需要重新平衡摩擦力。小盘和槽码的质量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槽码的总质量远大于小盘和槽码的总质量实验中必须满足小车和槽码的总质量远大
11、于小盘和槽码的总质量,只有只有 如此,槽码和小盘的总重力才可视为与小车受到的拉力相等。如此,槽码和小盘的总重力才可视为与小车受到的拉力相等。 3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。 4作图像时作图像时,要使尽可能多的点在所作直线上要使尽可能多的点在所作直线上,不在直线上的点应尽不在直线上的点应尽 4 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,舍去不予考虑。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,舍去不予考虑。 实验原理与操作实验原理与操作 【例【例 1】 用如图所示的装置研究在作用力用如图所示的装置研究在作用力 F 一定时一
12、定时, 小车的加速度小车的加速度 a 与小与小 车质量车质量 M 的关系,某位同学设计的实验步骤如下:的关系,某位同学设计的实验步骤如下: A用天平称出小车和沙桶及内部所装沙子的质量;用天平称出小车和沙桶及内部所装沙子的质量; 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沙桶;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将电磁打点计时器接在 6 V 电压的蓄电池上电压的蓄电池上,接通电源接通电源,放开小车放开小车,打打 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;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保持沙桶及其
13、中沙子的质量不变保持沙桶及其中沙子的质量不变,增加小车上的砝码个数增加小车上的砝码个数,并记录每次并记录每次 增加后的增加后的 M 值,重复上述实验;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 关系图像,并由图像确定关系图像,并由图像确定 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,该步骤应排在步步 骤之后。骤之后。 (2) 在 上 述 步 骤 中 , 有 错 误 的 , 应 把在 上 述 步 骤 中 , 有 错 误 的 , 应 把改改 为为。 (3)在上述步骤中在上述步骤中
14、,处理不恰当的是处理不恰当的是,应把应把改为改为。 解析解析(1)本题主要考查对实验原理和实验步骤的理解和分析本题主要考查对实验原理和实验步骤的理解和分析, 实验中把沙实验中把沙 桶及其中沙子的重力看作与小车所受拉力大小相等,没有考虑摩擦力,故必须桶及其中沙子的重力看作与小车所受拉力大小相等,没有考虑摩擦力,故必须 平衡摩擦力。平衡摩擦力。 (2)电磁打点计时器接在电磁打点计时器接在 6 V 电压的蓄电池上将无法工作,必须接在电压的蓄电池上将无法工作,必须接在 6 V 以以 下学生交流电源上。下学生交流电源上。 5 (3)作作 aM 关系图像,得到的是双曲线,很难作出正确的判断,必须关系图像,
15、得到的是双曲线,很难作出正确的判断,必须“化曲化曲 为直为直”,改作,改作 a 1 M关系图像。 关系图像。 答案答案(1)平衡摩擦力平衡摩擦力B (2)步骤步骤 D6 V 电压的蓄电池电压的蓄电池6 V 以下交流学生电源以下交流学生电源 (3)步骤步骤 GaMa 1 M 实验中除了要注意两个重要条件实验中除了要注意两个重要条件(平衡摩擦力平衡摩擦力,使使 mM)外外,连接装置连接装置 时还要注意:时还要注意: (1)打点计时器要固定在长木板远离滑轮的一端。打点计时器要固定在长木板远离滑轮的一端。 (2)调节定滑轮,使拉小车的细绳和板面平行。调节定滑轮,使拉小车的细绳和板面平行。 (3)实验时
16、要将小车靠近打点计时器,先接通电源再释放小车。实验时要将小车靠近打点计时器,先接通电源再释放小车。 实验数据处理实验数据处理 【例【例 2】某组同学设计了某组同学设计了“探究加速度探究加速度 a 与物体所受合力与物体所受合力 F 及质量及质量 m 的的 关系关系”实验实验。如图甲所示为实验装置简图如图甲所示为实验装置简图,A 为小车为小车,B 为电火花计时器为电火花计时器,C 为为 装有细沙的小桶装有细沙的小桶, D 为一端带有定滑轮的长方形木板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实验中认为细绳对小车的 拉力拉力 F 等于细沙和小桶的总重量,小车运动的加速度等于细沙和小桶的总
17、重量,小车运动的加速度 a 可用纸带上打出的点求可用纸带上打出的点求 得。得。 甲甲 (1)如图乙所示为某次实验得到的纸带,已知实验所用电源的频率为如图乙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根据纸带可求出电火花计时器打 B 点时的速度大小为点时的速度大小为m/s,小车的加速小车的加速 度大小为度大小为m/s2。(结果均保留两位有效数字结果均保留两位有效数字) 6 乙乙 (2)在在“探究加速度探究加速度 a 与质量与质量 m 的关系的关系”时,某同学按照自己的方案将实验时,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数据在坐标系中
18、进行了标注,但尚未完成图像但尚未完成图像(如图丙所示如图丙所示),请继续帮助该同学请继续帮助该同学 作出坐标系中的图像。作出坐标系中的图像。 丙丙 解析解析(1)AC这段位移的平均速度等这段位移的平均速度等于于AC这段时间中间时刻的瞬时速度这段时间中间时刻的瞬时速度, , 即即 B 点的瞬时速度,故点的瞬时速度,故 vBxAB xBC 4T 6.19 6.70 10 2 40.02 m/s1.6 m/s,由逐,由逐 差法求解小车的加速度差法求解小车的加速度 a xCD xDE xABxBC 4 2T 2 7.21 7.726.196.70 10 2 4 20.02 2 m/s23.2 m/s2
19、。 (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离直线较远的点应视为错误数据, 不予考虑,连线如图所示。不予考虑,连线如图所示。 答案答案(1)1.63.2(2)见解析图见解析图 aF、a 1 M图线的可能情形及对应原因 图线的可能情形及对应原因 7 (1)若平衡摩擦力时,木板垫起的倾角过小,则若平衡摩擦力时,木板垫起的倾角过小,则 aF,a 1 M图像如图甲、乙 图像如图甲、乙 所示。所示。 (2)若
20、平衡摩擦力时,木板垫起的倾角过大,则若平衡摩擦力时,木板垫起的倾角过大,则 aF,a 1 M图像如图甲、乙 图像如图甲、乙 所示。所示。 甲甲乙乙 (3)若实验中没有满足若实验中没有满足 M 远大于远大于 m,则,则 aF,a 1 M图像如图丙、丁所示。 图像如图丙、丁所示。 丙丙丁丁 实验改进与创新实验改进与创新 【例【例 3】某实验小组用如图所示的装置探究质量一定时加速度与力的关某实验小组用如图所示的装置探究质量一定时加速度与力的关 系。用铁架台将两块固定有定滑轮的木板架起,木板的右端固定了两个打点计系。用铁架台将两块固定有定滑轮的木板架起,木板的右端固定了两个打点计 时器时器,将两个质量
展开阅读全文