实验：探究加速度与力、质量的关系PPT课件

《实验：探究加速度与力、质量的关系》运动和力的关系PPT课件

第一部分内容：明确原理

一、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．

二、实验思路

采用控制变量法，在探究加速度与力、质量三者关系时，先让其中一个量保持不变来探究其他两个量之间的关系.

三、实验器材

打点计时器、纸带、复写纸片、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘、重物、夹子、细绳、交流电源、导线、天平(带有一套砝码)、刻度尺．

四、实验步骤

1．测质量：用天平测量小盘的质量m0和小车的质量M0.

2．安装器材：按如图所示将实验器材安装好(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(纸带上相邻点的间距相等)．

4．测a、F

(1)把小车停在打点计时器处，挂上小盘和砝码，先接通电源，再让小车拖着纸带在木板上匀加速下滑，打出一条纸带，纸带记录了小车的运动情况，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.

(2)保持小车的质量不变，改变小盘中砝码的质量，重复步骤(1)，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，…

5．测a、M

(1)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.

(2)继续在小车上增加砝码，重复步骤(1)，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，…

6．用公式Δx＝aT2或a＝ΔxT2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．

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实验探究加速度与力质量的关系PPT，第二部分内容：典例解读

实验原理和实验操作

在探究加速度与物体所受合外力和质量间的关系时，采用如图所示的实验装置，小车及车中的砝码的总质量用M表示，盘及盘中的砝码的总质量用m表示，小车的加速度可由小车后拖动的纸带上的由打点计时器打出的点计算得出．

(1)当M与m的大小关系满足________时，才可以认为细线对小车的拉力大小等于盘和盘中砝码的重力．

(2)一组同学在保持盘及盘中的砝码质量一定的情况下，探究加速度与小车质量的关系．以下做法正确的是(　　)

A．平衡摩擦力时，应将盘及盘中的砝码用细线绕过定滑轮系在小车上

B．每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力

C．实验时，先放开小车，再接通打点计时器电源

D．用天平测出m和M，之后可直接用公式a＝mgM求出小车运动的加速度

本实验用到的物理方法及注意事项

实验方法控制变量法

实验条件①平衡摩擦力；②m≪M

数据处理方法  图象法——化曲为直

打点计时器的使用方法  一先一后一按住．先接通电源、后放开小车，小车到达滑轮之前按住小车

数据处理和误差分析

某同学设计了一个探究加速度a与物体所受合力F及质量m关系的实验，如图甲为实验装置简图(交变电流的频率为50 Hz)．

(1)图乙为某次实验得到的纸带，根据纸带可求出小车的加速度大小为________m/s2(结果保留两位有效数字)．

(2)保持沙和沙桶的总质量不变，改变小车质量m，分别得到小车的加速度a与质量m及对应的1m数据，如表所示：

实验改进与创新

(2019•宛城月考)某实验小组用如图1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时器，将两个质量相等的小车A、B放置在木板右端，用细线绕过滑轮组后与两小车相连．两条纸带穿过打点计时器后分别与小车连接在一起．将两个打点计时器接在同一个电源上，确保可将它们同时打开或关闭．实验时，甲同学将两小车按住，乙同学先在动滑轮下方挂上一个钩码，再接通电源使打点计时器开始工作．打点稳定后，甲将两辆小车同时释放．在小车撞到定滑轮前，乙断开电源，两打点计时器同时停止工作，取下两条纸带，通过分析处理纸带记录的信息，可以求出两小车的加速度，进而完成实验．请回答以下问题：

(1)图2为小车A后面的纸带，纸带上的0，1，2，3，4，5，6为每隔4个打印点选取的计数点，相邻两计数点间的距离如图2中标注，单位为cm.打点计时器所用电源的频率为50 Hz，则小车A的加速度a1＝______ m/s2(结果保留两位有效数字)，同样测出小车B的加速度a2，若a1∶a2近似等于_______，就可说明质量一定的情况下，物体的加速度与力成正比．

(2)丙同学提出，不需测出两小车加速度的数值，只量出两条纸带上从第一个打印点到最后一个打印点间的距离x1、x2，也能完成实验探究，若x1∶x2近似等于________，也可说明质量一定的情况下，物体的加速度与力成正比，理由是_____________．

本题考查了实验数据处理、考查了实验误差分析．对于实验题要明确实验原理，这是解题的前提与关键．

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《实验：探究加速度与力、质量的关系》运动和力的关系PPT

第一部分内容：实验基础

1．学会用“控制变量法”探究加速度与力、质量的定量关系。

2．学会用图像法研究加速度与质量、加速度与力之间的关系。

3．学会“化曲为直”法研究变量间的关系。

1．实验思路：控制变量法

(1)保持研究对象即小车的质量不变，通过改变悬挂槽码的个数改变小车所受的拉力，测出小车的对应加速度，验证加速度是否与作用力成正比。

(2)保持悬挂槽码的个数不变，即保持作用力不变，改变研究对象即小车的质量，测出小车的对应加速度，验证加速度是否与质量成反比。

2．方案设计

(1)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：当悬挂的槽码的质量远小于小车质量的情况下，可以认为槽码的重力近似等于小车所受的拉力(合外力)。

③加速度的测量：由纸带根据公式Δx＝aT2，结合逐差法计算出小车的加速度。

(2)实验数据的处理——图像法、“化曲为直”法

①研究加速度a和力F的关系

以加速度a为纵坐标，力F为横坐标，根据测量数据描点，然后作出图像，如图甲所示。若图像是一条通过原点的直线，则说明a与F成正比。

②研究加速度a与质量m的关系

如图乙所示，因为a­m图像是曲线，检查a­m图像是否是双曲线，就能判断它们之间是否存在反比例关系，但检查这条曲线是否是双曲线，直接判断有困难。若a和m成反比，则a与1m必成正比。我们采取“化曲为直”的方法，以a为纵坐标，以1m为横坐标，作出a­1m图像，若a­1m 图像是一条过原点的直线，说明a与1m成正比，即a与m成反比。

1．系统误差

本实验用槽码的重力mg代替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于槽码的重力。槽码的质量越接近于小车的质量，误差越大；反之，槽码的质量越小于小车的质量，由此引起的误差就越小。因此，满足槽码的质量远小于小车的质量的目的就是为了减小因实验原理不完善而引起的误差。

2．偶然误差

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。

1．打点前小车应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，不需要悬挂槽码，但小车应连接纸带且接通电源。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．改变悬挂槽码的个数的过程中，要始终保证槽码的总质量远小于小车的质量。

4．作图时应使所作的直线通过尽可能多的点，不在直线上的点也要尽可能的对称分布在直线的两侧，但若遇到个别偏离较远的点可舍去。

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实验探究加速度与力质量的关系PPT，第二部分内容：实验考点

考点一  实验原理与操作

[典例1]在研究作用力F一定时，小车的加速度a与小车(含砝码)质量M的关系的实验中，某同学安装的实验装置和设计的实验步骤如下：

A．用天平称出小车和槽码的质量

B．按图安装好实验器材

C．把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂槽码

D．将电磁打点计时器接在6 V电压的蓄电池上，接通电源，释放小车，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

E．保持槽码的质量不变，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a­M关系图像，并由图像确定a与M的关系

(1)请改正实验装置图中的错误。

①电磁打点计时器位置________________；

②小车位置__________________________；

③滑轮位置__________________________。

(2)该同学漏掉的重要实验步骤是________，该步骤应排在步骤________之后。

(3)在上述步骤中，有错误的是步骤__________，应把________________改为________________。

(4)在上述步骤中，处理不恰当的是步骤________，应把________________改为________________。

[对点训练]

1．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，渗透了研究问题的多种科学方法：

(1)实验环境的等效法：____________；

(2)实验条件设计的科学方法：____________；

(3)实验原理的简化：______________，即当小车质量M车≫m槽码时，细绳对小车的拉力大小近似等于槽码的重力m槽码g；

(4)实验数据处理的科学方法：____________；

(5)由a­M车图像转化为a­1M车图像，所用的科学方法：____________。

(以上各题均填“理想实验法”、“图像法”、“平衡摩擦力法”、“化曲为直法”、“控制变量法”或“近似法”)

考点二  数据处理和误差分析

[典例2]　“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图所示。

(1)下列说法正确的是________。

A．每次改变小车质量时，应重新平衡摩擦力

B．实验时应先释放小车后接通电源

C．本实验槽码B的质量应远大于小车A的质量

D．在用图像探究加速度与质量关系时，应作a­1mA图像

(2)某同学在实验中，打出的一条纸带如图所示，他选择了几个计时点作为计数点，相邻两计数点间还有4个计时点没有标出，其中s1＝7.06 cm、s2＝7.68 cm、s3＝8.30 cm、s4＝8.92 cm，已知交流电的频率为50 Hz，则纸带加速度的大小是______ m/s2。(保留两位有效数字)

(3)某同学将长木板右端适当垫高，其目的是______。但他把长木板的右端垫得过高，使得倾角过大。用a表示小车的加速度，F表示细线作用于小车的拉力。他绘出的a­F关系图像是________。

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