2019年高考物理大一轮复习实验04探究加速度与力和质量的关系课件新人教版.ppt

牛顿运动定律 第 三 章 实验四　探究加速度与力和质量的关系 02 实 验 能 力 03 实 验 创 新 栏 目 导 航 01 实 验 基 础 04 模 拟 演 练 01 实 验 基 础 一、实验目的 1 ．学会用控制变量法研究物理规律． 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、实验原理 采取控制变量法，即先控制一个参量 — 小车的质量 M 不变，探究加速度 a 与力 F 的关系；再控制小盘和砝码的质量不变，即力不变，探究加速度 a 与小车质量 M 的关系． 三、实验器材 打点计时器、纸带、复写纸、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平、刻度尺、砝码、薄木板． 四、实验步骤 1 ．称量质量：用天平测量小盘的质量 m 和小车的质量 M 2 ．安装器材：按照如图所示装置把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细绳系在小车上 ( 即不给小车牵引力 ) 3 ．平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木板，使小车匀速下滑 4 ．小盘通过细绳绕过滑轮系于小车上，先接通电源后放开小车，取下纸带编号码 5 ．保持小车的质量 M 不变，改变砝码和小盘的质量 m ，重复步骤 (4) 6 ．保持砝码和小盘的质量 m 不变，改变小车质量 M ，重复步骤 (4) 　 (2013· 天津卷 ) 某实验小组利用下图所示的装置探究加速度与力、质量的关系． (1) 下列做法正确的是 __________.( 填字母代号 ) A ．调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行 B ．在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上 C ．实验时，先放开木块再接通打点计时器的电源 D ．通过增减木块上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度 答案： (1)AD 　 (2) 远小于　 (3) 小于　大于 解析： (1) 木块下滑时，受到重力、细线的拉力、支持力和摩擦力，要使拉力等于合力，应该使细绳与长木板平行且使重力的下滑分量 mg sin θ 等于摩擦力 μmg cos θ ，即 mg sin θ ＝ μmg cos θ ( 其中 θ 为木板的倾角 ) ，故平衡摩擦力时，不能悬挂砝码桶，选项 A 正确， B 错误；由平衡摩擦力的公式可知两边的质量 m 可以消去，故改变木块上的砝码的质量时，木块及其上砝码的总重力的下滑分量仍能和总的摩擦力抵消，不需要重新调节木板倾斜度，故选项 D 正确；通过纸带求木块加速度，要求打点计时器在纸带上打出足够多的点，这就要求将木块放在靠近打点计时器的位置，并且先接通打点计时器，待打点稳定后再释放小车，故选项 C 错误． 02 实 验 能 力 一、数据处理 2 ．摩擦力平衡不准确造成误差．在平衡摩擦力时，除了不挂小盘外，其他的均与正式实验一样 ( 比如要挂好纸带、接通打点计时器 ) ，匀速运动的标志是打点计时器打出的纸带上各相邻两点间的距离相等． 3 ．质量的测量误差、纸带上打点计时器打点间隔距离的测量误差、细绳或纸带不与木板平行等都会引起误差． 三、注意事项 1 ．平衡摩擦力：在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细绳系在小车上，即不要给小车加任何牵引力，且要让小车拖着纸带匀速运动． 2 ．不重复平衡摩擦力：整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是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． 3 ．实验条件：每条纸带都必须在满足小车的质量远大于小盘和砝码的总质量的条件下打出．只有如此，小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力． 4 ．一先一后一按住：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，再放开小车，且应在小车到达定滑轮前按住小车． 5 ．作图：作图时，两坐标轴的比例要适当，要使尽可能多的点落在所作直线上，不在直线上的点应尽可能对称地分布在所作直线两侧． (2012· 全国卷 ) 图甲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 50 Hz 的交流电源，打点的时间间隔用 Δ 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研究“在外力一定的条件下，物体的加速度与其质量间的关系”． (2) 完成下列填空： ① 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 _________________________ ． ② 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 Δ t 表示为 a ＝ __________. 图乙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 ＝ _________mm ， s 3 ＝ ________mm ，由此求得加速度的大小 a ＝ _________m/s 2 ． ③ 图丙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 ________________ ． 03 实 验 创 新 甲 (2017· 广西调研 ) 某实验小组设计如图甲所示实验装置 “ 探究加速度与力的关系 ”． 已知小车的质量 M ，砝码盘的质量 m 0 ，打点计时器使用的交流电频率 f ＝ 50 Hz ． (1) 探究方案的实验步骤 A ．按图甲安装好实验装置； B ．调节长木板的倾角，轻推小车后，使小车能沿长木板向下做匀速运动； C ．取下细绳和砝码盘，记录砝码盘中砝码的质量 m ； D ．将小车紧靠打点计时器，接通电源后放开小车，得到一条打点清晰的纸带，由纸带求得小车的加速度 a ； E ．重新挂上细绳和砝码盘，改变砝码盘中砝码的质量 m ，重复多次步骤 B ～ D ，得到多组 m 、 a ． (2) 记录数据及数据分析 ① 实验中打出的其中一条纸带如图乙所示，由该纸带可求得小车的加速度 a ＝ __________m/s 2 ， ( 保留两位有效数字 ) ② 实验小组认为小车受到的合外力 F ＝ mg ，根据记录数据和纸带，将计算得到合外力和加速度填入设计的表中 ( 表略 ) ； ③ 建立 a — F 坐标系，利用 ② 中得到的表中数据描点得到如图丙所示的图线．根据图线，结论 “ 小车加速度 a 与外力 F 成正比 ” 是 __________( 选填 “ 成立 ” 或 “ 不成立 ” ) 的；已知图线延长线与横轴的交点 A 的坐标是 ( － 0.08,0) ，由此可知，砝码盘的质量 m 0 ＝ __________kg.( 已知数据测量是准确的，重力加速度 g 取 10 m/s 2 ) (3) 方案评估 若认为小车受到的合外力等于砝码盘和砝码的总重力，即 F ＝ ( m 0 ＋ m ) g ，实验中随着 F 的增大，不再满足砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量要求，实验图象应为 __________.( 填正确答案标号 ) (3) 当物体小车匀速下滑时有： Mg sin θ ＝ f ＋ ( m ＋ m 0 ) g ，当取下细绳和砝码盘后，由于重力沿斜面向下的分力 Mg sin θ 和摩擦力 f 不变，因此其合外力为 ( m ＋ m 0 ) g ，由此可知该实验中不需要砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量．因此在实验中随着 F 的增大，即使不再满足砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量要求， a F 仍为正比关系，故实验图象应为 A ． 答案： (2) ① 0.88 　 ③ 不成立　 0.008 　 (3)A 谢 谢 观 看