高考物理一轮复习34实验四探究加速度与力、质量的关系课件.ppt

1、第第4单元单元 实验四：探究加速度与力、质量的关系实验四：探究加速度与力、质量的关系读一读注意事项注意事项1实验方法实验方法：控制变量法：控制变量法2平衡摩擦力：平衡摩擦力：在平衡摩擦力时，不要悬挂小盘，但在平衡摩擦力时，不要悬挂小盘，但小车应连着纸带且接通电源用手给小车一个初速度，如果小车应连着纸带且接通电源用手给小车一个初速度，如果在纸带上打出的点的间隔是均匀的，表明小车受到的阻力跟在纸带上打出的点的间隔是均匀的，表明小车受到的阻力跟它的重力沿斜面向下的分力平衡它的重力沿斜面向下的分力平衡3不重复平衡摩擦力不重复平衡摩擦力：平衡了摩擦力后，不管以后是：平衡了摩擦力后，不管以后是改变小盘和砝

2、码的总质量还是改变小车和砝码的总质量，都改变小盘和砝码的总质量还是改变小车和砝码的总质量，都不需要重新平衡摩擦力不需要重新平衡摩擦力4实验条件：实验条件：Mm.只有如此，小盘和砝码的总重力只有如此，小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力才可视为小车受到的拉力5一先一后一按住一先一后一按住：改变拉力和小车质量后，每次开：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，后放开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，后放开小车，且应在小车到达滑轮前按住小车小车，且应在小车到达滑轮前按住小车6作图作图：作图时两轴标度比例要适当，各量须采用国：作图时两轴标度比例要适当，

3、各量须采用国际单位这样作图线时，坐标点间距不至于过密，误差会小际单位这样作图线时，坐标点间距不至于过密，误差会小些些误差分析误差分析1因实验原理不完善引起误差以小车、小盘和砝码因实验原理不完善引起误差以小车、小盘和砝码整体为研究对象得整体为研究对象得mg(Mm)a；以小车为研究对象得；以小车为研究对象得FMa；求得；求得本实验用小盘和砝码的总重力本实验用小盘和砝码的总重力mg代替小车的拉力，而实际上小车代替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力小盘和砝码的总质量越小于所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力小盘和砝码的总质量越小于小车的质量，由此引起的误差就越小因此，满足小盘和砝

4、码的总质小车的质量，由此引起的误差就越小因此，满足小盘和砝码的总质量远小于小车的质量的目的就是减小因实验原理不完善而引起的误量远小于小车的质量的目的就是减小因实验原理不完善而引起的误差差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确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差.(2012安徽卷安徽卷)图图1为为“验证牛顿第二定律验证牛顿第二定律”的的实验装置示意图砂和砂桶的总质量为实验装置示意图砂和砂桶的总质量为m，小车和砝码的总，小车和砝码的总质量为质量为M，实验中用砂和砂桶总重力的大小作为细

5、线对小车，实验中用砂和砂桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小拉力的大小图1(1)实验中，为了使细线对小车的拉力等于小车所受的实验中，为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，先调节长木板一端滑轮的高度，使细线与长木板平合外力，先调节长木板一端滑轮的高度，使细线与长木板平行接下来还需要进行的一项操作是行接下来还需要进行的一项操作是()A将长木板水平放置，让小车连着已经穿过打点计时将长木板水平放置，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，给打点计时器通电，调节器的纸带，给打点计时器通电，调节m的大小，使小车在砂的大小，使小车在砂和砂桶的牵引下运动，从打出的纸带判断小车是否做匀速运和砂桶的牵引下运动

6、，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动动B将长木板的一端垫起适当的高度，让小车连着已经将长木板的一端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，撤去砂和砂桶，给打点计时器通穿过打点计时器的纸带，撤去砂和砂桶，给打点计时器通电，轻推小车，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动电，轻推小车，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动C将长木板的一端垫起适当的高度，撤去纸带以及砂将长木板的一端垫起适当的高度，撤去纸带以及砂和砂桶，轻推小车，观察判断小车是否做匀速运动和砂桶，轻推小车，观察判断小车是否做匀速运动(2)实验中要进行质量实验中要进行质量m和和M的选取，以下最合理的一组的选取，以下最合理的一组是是

7、()AM200 g，m10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 gBM200 g，m20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 gCM400 g，m10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 gDM400 g，m20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g(3)图图2是实验中得到的一条纸带，是实验中得到的一条纸带，A、B、C、D、E、F、G为为7个相邻的计数点，相邻的两个计数点之间还有四个个相邻的计数点，相邻的两个计数点之间还有四个点未画出量出相邻的计数点之间的距离分别为：点未画出量出相邻的计数点之间的距离分别为：sAB4.22 cm

8、、sBC4.65 cm、sCD5.08 cm、sDE5.49 cm、sEF5.91 cm、sFG6.34 cm.已知打点计时器的工作频率为已知打点计时器的工作频率为50 Hz，则，则小车的加速度小车的加速度a_ m/s2.(结果保留两位有效数字结果保留两位有效数字)图2【答案】【答案】(1)B(2)C(3)0.42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与物体与物体所受合力所受合力F及质量及质量m的关系的关系”实验图实验图1甲为实验装置简图，甲为实验装置简图，A为小车，为小车，B为电火花计时器，为电火花计时器，C为装有细砂的小桶，为装有细砂的小桶，D为一为一端带有定滑轮的长方形木板

9、，实验中认为细绳对小车拉力端带有定滑轮的长方形木板，实验中认为细绳对小车拉力F等于细砂和小桶的总重量，小车运动的加速度等于细砂和小桶的总重量，小车运动的加速度a可用纸带上可用纸带上打出的点求得打出的点求得(1)图图1乙为某次实验得到的纸带，已知实验所用电源的乙为某次实验得到的纸带，已知实验所用电源的频率为频率为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点时的速度点时的速度为为_m/s，小车的加速度大小为，小车的加速度大小为_m/s2.(结果均结果均保留两位有效数字保留两位有效数字)图1(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，某同学按照自时，

10、某同学按照自己的方案将实验数据都在坐标系中进行了标注，但尚未己的方案将实验数据都在坐标系中进行了标注，但尚未完成图象完成图象(如图如图2甲所示甲所示)，请继续帮助该同学作出坐标系，请继续帮助该同学作出坐标系中的图象中的图象图1(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，某同学按照自时，某同学按照自己的方案将实验数据都在坐标系中进行了标注，但尚未己的方案将实验数据都在坐标系中进行了标注，但尚未完成图象完成图象(如图如图2甲所示甲所示)，请继续帮助该同学作出坐标系，请继续帮助该同学作出坐标系中的图象中的图象(3)在在“探究加速度探究加速度a与合力与合力F的关系的关系”时，该同

11、学根据实验时，该同学根据实验数据作出了加速度数据作出了加速度a与合力与合力F的图线如图的图线如图2乙所示，该图线乙所示，该图线不通过坐标原点，试分析图线不通过坐标原点的原因不通过坐标原点，试分析图线不通过坐标原点的原因答：答：_.图图2(2)将坐标系中各点连成一条直线，连线时应使直线过将坐标系中各点连成一条直线，连线时应使直线过尽可能多的点，不在直线上的点应大致对称分布在直线的两尽可能多的点，不在直线上的点应大致对称分布在直线的两侧，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：所示：(3)图线与横轴有截距，说明实验前没有平衡摩擦力或

12、图线与横轴有截距，说明实验前没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够平衡摩擦力不够【答案】【答案】(1)1.63.2(2)见解析见解析(3)实验前没有平衡实验前没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够摩擦力或平衡摩擦力不够拓展创新实验探究高考命题视角以本实验为背景，通过改变实验条件、实验仪器设置题目，不脱离教材而又不拘泥教材，体现开放性、探究性、设计性等特点视角1实验器材的改进视角视角2数据处理方法的改进数据处理方法的改进小车的加速度可以利用传感器，借助于计算机来处理小车的加速度可以利用传感器，借助于计算机来处理视角视角3实验方案的改进实验方案的改进用气垫导轨和两个光电门来完成此实验用气垫导轨和两个光电门来完成此

13、实验视角视角4以本实验为背景，结合牛顿第二定律，测量两以本实验为背景，结合牛顿第二定律，测量两接触面间的动摩擦因数接触面间的动摩擦因数在用在用DIS研究小车加速度与外力的关系研究小车加速度与外力的关系时，某实验小组采用如图甲所示的实验装置重物通过滑轮时，某实验小组采用如图甲所示的实验装置重物通过滑轮用细线拉小车，位移传感器用细线拉小车，位移传感器(发射器发射器)随小车一起沿倾斜轨道随小车一起沿倾斜轨道运动，位移传感器运动，位移传感器(接收器接收器)固定在轨道一端实验中把重物固定在轨道一端实验中把重物的重力作为拉力的重力作为拉力F，改变重物重力重复实验四次，列表记录，改变重物重力重复实验四次，列

14、表记录四组数据四组数据(1)实验中使用位移传感器和计算机，可以便捷地获取实验中使用位移传感器和计算机，可以便捷地获取信息和处理信息，所获取的信息是信息和处理信息，所获取的信息是_(2)在如图坐标纸上作出小车加速度在如图坐标纸上作出小车加速度a和拉力和拉力F的关系图的关系图线线(3)从所得图线分析该实验小组在操作过程中的不当之从所得图线分析该实验小组在操作过程中的不当之处是：处是：_.(4)如果实验时，在小车和重物之间接一个不计质量的如果实验时，在小车和重物之间接一个不计质量的微型力传感器，如图乙所示，并以力传感器示数表示拉力微型力传感器，如图乙所示，并以力传感器示数表示拉力F，从理论上分析，该

15、实验图线的斜率将，从理论上分析，该实验图线的斜率将_(填填“变变大大”“”“变小变小”或或“不变不变”)【解析】【解析】作出图线是一条直线，但没有通过坐标原作出图线是一条直线，但没有通过坐标原点，有纵截距，说明不挂重物时就有加速度，这说明轨道倾点，有纵截距，说明不挂重物时就有加速度，这说明轨道倾角过大，小车的重力沿轨道的分力大于小车受到的摩擦力，角过大，小车的重力沿轨道的分力大于小车受到的摩擦力，平衡摩擦力时，木板的倾角过大，如果接上力传感器，其示平衡摩擦力时，木板的倾角过大，如果接上力传感器，其示数将小于重物的重力，同样的加速度，对应的横坐标变小，数将小于重物的重力，同样的加速度，对应的横坐

16、标变小，从而图线斜率要变大从而图线斜率要变大【答案】【答案】(1)在连续相等时间内的小车位移在连续相等时间内的小车位移(2)如图所示如图所示(3)截距过大，平衡摩擦力时，木板的倾角过大截距过大，平衡摩擦力时，木板的倾角过大(4)变大变大【答案】【答案】(1)在连续相等时间内的小车位移在连续相等时间内的小车位移(2)如图所示如图所示(3)截距过大，平衡摩擦力时，木板的倾角过大截距过大，平衡摩擦力时，木板的倾角过大(4)变大变大学以致用学以致用1.某同学为验证牛顿第二定律中某同学为验证牛顿第二定律中“力与加速度力与加速度”的关的关系，采用光电门系统来代替位移和时间测量工具，实验装置系，采用光电门系

17、统来代替位移和时间测量工具，实验装置如图所示光滑导轨水平放置，细线绕过可转动的圆形光栅如图所示光滑导轨水平放置，细线绕过可转动的圆形光栅连接小车与重物连接小车与重物(重物质量远小于小车质量重物质量远小于小车质量)，挡板可以在小，挡板可以在小车到达的时候使小车停下并粘住光电门在每次有红外线通车到达的时候使小车停下并粘住光电门在每次有红外线通过光栅时会记下过光栅时会记下1次信号，如图所示，圆形光栅每转过次信号，如图所示，圆形光栅每转过1圈将圈将会记下会记下10次信号不计一切摩擦，每次都将小车由静止释次信号不计一切摩擦，每次都将小车由静止释放，在小车停止后，记下重物质量放，在小车停止后，记下重物质量

18、m、信号次数、信号次数n、小车运、小车运动时间动时间t.2(用天平测量物块和遮光片的总质量用天平测量物块和遮光片的总质量M、重物的质量、重物的质量m，用，用游标卡尺测量遮光片的宽度游标卡尺测量遮光片的宽度d；用米尺测量两光电门之间的；用米尺测量两光电门之间的距离距离s；调整轻滑轮，使细线水平；调整轻滑轮，使细线水平；让物块从光电门让物块从光电门A的左侧由静止释放，用数字毫秒计分别的左侧由静止释放，用数字毫秒计分别测出遮光片经过光电门测出遮光片经过光电门A和光电门和光电门B所用的时间所用的时间tA和和tB，求，求出加速度出加速度a；模拟题组模拟题组1(【解析】【解析】平衡摩擦力时，不能给小车任何

19、牵引力，平衡摩擦力时，不能给小车任何牵引力，A错；由错；由mgsin mgcos，小车质量能约去，故，小车质量能约去，故B对；实验对；实验时，要先接通电源，再放开小车，时，要先接通电源，再放开小车，C错；此实验是验证牛顿错；此实验是验证牛顿第二定律，而不是应用牛顿第二定律，第二定律，而不是应用牛顿第二定律，D错错【答案】【答案】B2(2(2)某同学得到如图某同学得到如图c所示的纸带已知打点计时器电源所示的纸带已知打点计时器电源频率为频率为50 Hz.A、B、C、D、E、F、G是纸带上是纸带上7个连续的个连续的点，点，xxDGxAD_cm.由此可算出小车的加速度由此可算出小车的加速度a_m/s2

20、(保留保留2位有效数字位有效数字)【解析】【解析】(1)aF图象的纵轴截距不为零是因为平衡图象的纵轴截距不为零是因为平衡摩擦力过度，即长木板的倾角过大造成的；摩擦力过度，即长木板的倾角过大造成的；aF图象的纵图象的纵轴截距轴截距a0表示的是未挂砂桶时小车的加速度表示的是未挂砂桶时小车的加速度(2)xxDGxAD3.90 cm2.10 cm1.80 cm；由；由xxDGxADa(3T)2，解得，解得a5.0 m/s2.【答案】【答案】(1)长木板的倾角过大未挂砂桶长木板的倾角过大未挂砂桶(2)1.805.03(【答案】【答案】(1)Mm平衡摩擦力(2)0.30高考题组高考题组4(高考题组高考题组

21、4(1)为达到平衡阻力的目的，取下细绳及托盘，通过调为达到平衡阻力的目的，取下细绳及托盘，通过调整垫片的位置，改变长木板倾斜程度，根据打出的纸带判断整垫片的位置，改变长木板倾斜程度，根据打出的纸带判断小车是否做小车是否做_运动运动(2)连接细绳及托盘，放入砝码，通过实验得到图乙所连接细绳及托盘，放入砝码，通过实验得到图乙所示的纸带纸带上示的纸带纸带上O为小车运动起始时刻所打的点，选取时为小车运动起始时刻所打的点，选取时间间隔为间间隔为0.1 s的相邻计数点的相邻计数点A、B、C、D、E、F、G.实验时实验时小车所受拉力为小车所受拉力为0.2 N，小车的质量为，小车的质量为0.2 kg.请计算小

22、车所受合外力做的功请计算小车所受合外力做的功W和小车动能的变化和小车动能的变化Ek，补填表中空格，补填表中空格(结果保留至小数点后第四位结果保留至小数点后第四位).分析上述数据可知：在实验误差允许的范围内分析上述数据可知：在实验误差允许的范围内WEk，与理论推导结果一致，与理论推导结果一致(3)实验前已测得托盘质量为实验前已测得托盘质量为7.7103 kg，实验时该组，实验时该组同学放入托盘中的砝码质量应为同学放入托盘中的砝码质量应为_kg(g取取9.8 m/s2，结果保留至小数点后第三位结果保留至小数点后第三位)【答案】(1)匀速直线(或匀速)(2)0.111 5 0.110 5(3)0.0

23、1 55(1)根据该同学的结果，小车的加速度与钩码的质量成根据该同学的结果，小车的加速度与钩码的质量成 _(填填“线性线性”或或“非线性非线性”)关系关系(2)由图由图(b)可知，可知，am图线不经过原点，可能的原因是图线不经过原点，可能的原因是_.(3)若利用本实验装置来验证若利用本实验装置来验证“在小车质量不变的情况在小车质量不变的情况下，小车的加速度与作用力成正比下，小车的加速度与作用力成正比”的结论，并直接以钩码的结论，并直接以钩码所受重力所受重力mg作为小车受到的合外力，则实验中应采取的改作为小车受到的合外力，则实验中应采取的改进措施是进措施是_，钩码的质量应满足的条件是钩码的质量应

24、满足的条件是_【解析】【解析】(1)把图把图(b)中的点用平滑线连接后，可以看中的点用平滑线连接后，可以看出，出，am图线是曲线，即非线性图线是曲线，即非线性(2)由图象可知，当加速度为由图象可知，当加速度为0时，拉力不为零，所以除拉时，拉力不为零，所以除拉力外小车还受到摩擦力的作用力外小车还受到摩擦力的作用(3)改进要求：第一，图线不过原点，要平衡摩擦力，所改进要求：第一，图线不过原点，要平衡摩擦力，所以调整轨道的倾斜度第二，要使小车受到的合外力等于钩码以调整轨道的倾斜度第二，要使小车受到的合外力等于钩码的重力，要求钩码质量不能太大，即远小于小车的质量的重力，要求钩码质量不能太大，即远小于小车的质量【答案】【答案】(1)非线性非线性 (2)存在摩擦力存在摩擦力(3)调整轨道倾斜度以平衡摩擦力远小于小车的质量调整轨道倾斜度以平衡摩擦力远小于小车的质量