高中物理人教版 (新课标)必修12 实验：探究加速度与力、质量的关系备课课件ppt

这是一份高中物理人教版 (新课标)必修12 实验：探究加速度与力、质量的关系备课课件ppt，共36页。PPT课件主要包含了实验操作与数据处理，2反比关系等内容，欢迎下载使用。
1．采用控制变量法当研究对象有两个以上的参量发生牵连变化时，我们设法控制某些参量使之不变，而研究其中两个参量之间的变化关系的方法，是物理实验中经常采取的一种方法．本实验有F、m、a三个参量，研究加速度a与F及m的关系时，我们应先控制一个参量不变，研究另外两个参量之间的关系．在该实验中要求先控制小车的质量m不变，改变小车所受的拉力F，讨论a与F的关系；再控制小车所受的拉力F不变，改变小车的质量m，讨论a与m的关系．2．要测量的物理量小车与其上砝码的总质量M——用天平测出．小车受的拉力F——用天平测出小盘和盘内砝码的总质量m，由F＝mg算出．小车的加速度a——通过打点计时器打出的纸带测算出．
测量方案的探究1．测量加速度的方案采用较多的方案是使用打点计时器，在运动物体上安装一条连接打点计时器的纸带，根据纸带上打出的点来测量加速度．前面所述的实验方案，就是利用这种方法求取加速度的．它是根据在匀变速直线运动中，连续相等的时间T内的位移之差Δx＝aT2求出加速度．条件允许也可以采用气垫导轨和光电门测加速度，也可利用传感器和计算机．
参考案例(一)两小车后端各系一条细绳，一起被一个夹子夹着而使小车静止(如右图)．打开夹子，两小车同时开始运动；合上夹子，两小车同时停下来．用刻度尺测出两小车通过的位移，位移之比就等于它们的加速度之比．2．测量物体所受外力的方案由于我们上述测量加速度的方案只能适用于匀变速直线运动，所以我们必须给物体提供一个恒定的外力，并且要测量这个外力．上述参考案例提供的外力比较容易测量．
参考案例(二)两个相同的小车放在光滑水平板上，前端各系一条细绳，绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，小盘中可放砝码(如右图)．实验时，小盘和砝码牵引小车，使小车做匀加速运动的力与小盘和砝码的重力相等(这两个力只是近似相等，条件是小盘和砝码的质量比小车的质量小很多．通过以后的学习我们将会证明这一点)．因此，增减小盘中的砝码就可以改变小车受到的合力．对于粗糙的平板，需进行平衡摩擦力的操作．
打点计时器、纸带及复写纸、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘和砝码、细绳、低压交流电源、天平(带有一套砝码)、刻度尺．
1．用天平测出小车和重物的质量分别为M0、m0，并把数值记录下来．2．按下图将实验器材安装好(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，直到打点计时器正常工作后不挂重物的小车在斜面上做匀速直线运动为止(纸带上相邻点间距相等)．4．将重物通过细绳系在小车上，接通电源放开小车，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此时所挂重物的重力m0g.(即小车受到的合力F)5．保持小车的质量不变，改变所挂重物的重力，重复步骤4，多做几次实验，每次小车从同一位置释放，并记录好相应纸带及重物的重力m1g、m2g、……(填入表格)6．保持小车所受合外力不变，在小车上加放砝码，并测出小车与所放砝码的总质量M1，接通电源，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．7．继续在小车上加放砝码，重复步骤6，多做几次实验，在每次得到的纸带上标上号码．(记录的数据填入表格)
8．数据处理(1)物体的质量一定，加速度与受力的关系．(表一)
实验数据分析：根据记录的数据，作出a－F图象，即在图中描点、连线．通过连线可知，在误差允许的范围内，所描绘各点大致分布在同一条过坐标原点的直线上．(2)物体的受力一定，加速度与质量的关系．
1．在实验中，我们认为钩码的重力就等于小车所受的合力．但这是有误差的，只有在小车质量比较大，钩码重力比较小，且板合理倾斜的情况下，实验结果才比较理想．2．在长度测量过程中也存在偶然误差，可多次测量取平均值．3．利用描点作图象使测出的点尽量对称分布于直线两侧，离直线较远的点看做是错误的数据，可舍去不予考虑．
1．平衡摩擦力时不要挂重物，整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变盘和砝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砝码的总质量远大于小盘和砝码的总质量．只有如此，砝码和小盘的总重力才可视为与小车受到的拉力相等．3．各纸带上的加速度a，都应是该纸带上的平均加速度．4．作图象时，要使尽可能多的点在所作直线上，不在直线上的点应尽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，可舍去不予考虑．5．小车应靠近打点计时器且先接通电源再放手．
用如下图所示的装置研究在作用力F一定时，小车的加速度a与小车质量M的关系，某位同学设计的实验步骤如下：
A．用天平称出小车和小桶及内部所装砂子的质量B．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砂桶D．将电磁打点计时器接在6 V电压的蓄电池上，接通电源，放开小车，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．保持小桶及其中砂子的质量不变，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a－M关系图象，并由图象确定a－M关系(1)该同学漏掉的重要实验步骤是__________，该步骤应排在________步实验之后．(2)在上述步骤中，有错误的是__________，应把________改为________．(3)在上述步骤中，处理不恰当的是________，应把________改为________．
【解析】　实验中把小桶及其中砂子的重力看做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．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6 V以下交流电压的学生电源上．作a－M关系图象，得到的是双曲线，很难作出正确的判断，必须“化曲为直”，改作a－ 关系图象．【答案】　(1)该同学漏掉的重要实验步骤是平衡摩擦力，该步骤应排在按图装好实验器材即B步实验之后．(2)在上述步骤中，有错误的是步骤D，应把6 V电压的蓄电池改为6 V以下交流电压的学生电源．(3)在上述步骤中，处理不恰当的是步骤G，应把a－M改为a－
若测得某一物体M一定时，a与F的关系的有关数据如下表所示.
(1)根据表中数据，画出a－F图象．(2)从图象可以判定：当M一定时，a与F的关系是什么？
【解析】　(1)若a与F成正比，则图线是一条过原点的直线．同时因实验中不可避免地出现误差，研究误差产生的原因，从而减小误差增大实验的准确性，则在误差允许的范围内图线是一条过原点的直线即可．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两侧，离直线较远的点应视为错误数据，不予考虑．a－F图象如下图所示．
(2)由图象可知a与F成正比关系．
2－1：若测得某一物体受力F一定时，a与m的关系数据如下表所示.
(1)根据表中所列数据，画出a－ 图象．(2)由a－ 图象可知，当F一定时，a与m的关系为____________．
【解析】　要画a－ 图象，需先求出对应的 ，其数据分别为：0.50、0.67、0.80和1.00.然后描点、连线，得到图象如图所示．由图象可得a与 成正比，即a与m成反比．【答案】　(1)a－图象如下图
某实验小组的几名同学在探究加速度与物体的质量以及外力关系的实验中，当物体的质量一定时，分别根据实验数据画出了不同的实验图象，如下图所示，下列说法中正确的是(　　)
A．形成图甲的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大B．形成图乙的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小C．形成图丙的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大D．形成图丁的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小
【解析】　根据图象可分析，甲、乙两图中，当外力F＝0时加速度a>0，则说明F＝0时已经有加速度，这说明木板倾角过大．木板的倾角越大，小车获得的动力就越大，越容易出现甲、乙两图所对应的情况，因此选项A正确．丙、丁两图中，当加速度a＝0时外力F>0，即拉力不为零时加速度却仍为零，这说明还有摩擦力没有平衡掉，因此木板倾角过小，选项 D正确．【答案】　AD
本实验中，小车所受的作用力是指小车所受的合外力，如果不采用一定的办法平衡掉小车以及纸带所受的摩擦力，或者平衡摩擦力时，方法不正确，都会带来很大的实验误差．平衡摩擦力的方法是：将长木板不带滑轮的一端适当垫高，把小车放在木板上，连上纸带，接通电源，轻推小车，当纸带上打点比较均匀时，我们认为小车在木板上做匀速运动，此时说明摩擦力恰好被平衡．
1．在做“探究加速度与力、质量的关系”的实验时(　　)A．应使砂和小桶的总质量远小于小车和砝码的总质量，以减小实验误差B．可以用天平测出小桶和砂的总质量m1、小车和砝码的总质量m2.根据公式a＝m1g/m2，求出小车的加速度C．处理实验数据时采用描点法画图象，是为了减少误差D．处理实验数据时采用a－ 图象，是为了便于根据图线直观地作出判断【解析】　实验中应满足A所述的条件，故A正确．实验中加速度不能根据公式求解，故B错误．画图象时偏离较远的点已舍弃，误差较小，故C正确．采用a－ 图象，图象为直线，更直观，故D对．【答案】　ACD
2．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，下列说法中正确的是(　　)A．平衡摩擦力时，小桶应用细线通过定滑轮系在小车上，但小桶内不能装砂B．实验中无需始终保持小车和砝码的质量远远大于砂和小桶的质量C．实验中如用纵坐标表示加速度，用横坐标表示小车和车内砝码的总质量，描出相应的点在一条直线上，即可证明加速度与质量成反比D．平衡摩擦力时，小车后面的纸带必须连好，因为运动过程中纸带也要受阻力【答案】　D
3．在“探究物体的加速度与力、质量的关系”时，下列说法中正确的是(　　)A．同时测出物体的质量、加速度和力，能容易发现三者之间的关系B．保持物体的质量不变，一定要测出加速度的数值，才能找出加速度与力的关系C．可以利用物体做自由落体运动来探究加速度与质量的关系D．如果加速度与力的图象是一条过原点的倾斜直线，则加速度与力成正比【解析】　判断三个量之间的关系时，应控制一个量不变，来探究另两个量之间的关系，即采取控制变量法，A错；本实验只是探究两个量之间的关系，只要找到二者之间的比例关系即可，不一定要测出加速度的具体数值，B错；自由落体运动加速度g＝a，不随质量而变化，C错．【答案】　D
4．某同学做“加速度与力、质量的关系”实验时，在平衡摩擦力时，把长木板的一端垫得过高，使得倾角偏大，他所得到的a－F关系可用下图中哪个图象表示(a是小车的加速度，F是细线作用于小车的拉力)(　　)
【解析】　长木板一端垫得过高，倾角过大时，下滑分力大于摩擦力，没有沙桶的重力做牵引力时，小车所受合力不为零，有加速度，从a－F图象看，即F＝0，a≠0，故正确答案为C.【答案】　C
5.某同学做“探究加速度与力、质量的关系”的实验时，画出了如右图所示的三条图线，这三条图线表示实验中的________不同．【答案】　小车的质量
6．做“探究加速度与力、质量的关系”的实验，主要的步骤有：A．将一端附有定滑轮的长木板放在水平桌面上，取两个质量相等的小车，放在光滑的水平长木板上B．打开夹子，让两个小车同时从静止开始运动，小车运动一段距离后，夹上夹子，让它们同时停下来，用刻度尺分别测出两个小车在这一段相同时间内通过的位移大小C．分析所得到的两个小车在相同时间内通过的位移大小与小车所受的水平拉力的大小的关系，从而得到质量相等的物体运动的加速度与物体所受作用力大小的关系D．在小车的后端也分别系上细绳，用一只夹子夹住这两根细绳E．在小车的前端分别系上细绳，绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘内分别放着数目不等的砝码，使砝码盘和盘内砝码的总质量远小于小车的质量，分别用天平测出两个砝码盘和盘内砝码的总质量上述实验步骤，正确的排列顺序是________．
【解析】　正确的顺序应为A、E、D、B、C【答案】　A、E、D、B、C
7．如下图所示，是某次利用气垫导轨探究加速度与力、质量关系的实验装置安装完毕后的示意图，图中A为砂桶和砂，B为定滑轮，C为滑块及上面添加的砝码，D为纸带，E为电火花计时器，F为蓄电池，电压为6 V，G是电键，请指出图中的三处错误：
(1)_____________________________；(2)_____________________________；(3)_____________________________．
【答案】　(1)B接滑块的细线应水平(或与导轨平行)(2)C滑块离计时器太远(3)E电火花计时器用的是220 V的交流电，不能接直流电
8．(2009年高考江苏卷)“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”的实验装置如图甲所示．(1)在平衡小车与桌面之间摩擦力的过程中，打出了一条纸带如图乙所示．计时器打点的时间间隔为0.02 s．从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，量出相邻计数点之间的距离．该小车的加速度a＝________m/s2.(结果保留两位有效数字)
(2)平衡摩擦力后，将5个相同的砝码都放在小车上．挂上砝码盘，然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中，测量小车的加速度．小车的加速度a与砝码盘中砝码总重力F的实验数据如下表：
请根据实验数据作出a－F的关系图象．