第十四講：實(shí)驗(yàn)探究加速度與力和速度的關(guān)系.ppt

第十三講：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系,主講：高安庭,一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1學(xué)會(huì)用控制變量法研究物理規(guī)律。,2探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系。,3掌握利用圖象處理數(shù)據(jù)的方法。,二、實(shí)驗(yàn)原理,探究加速度a與力F及質(zhì)量M的關(guān)系時(shí)，應(yīng)用的基本方法是控制變量法，即先控制一個(gè)參量小車的質(zhì)量M不變，討論加速度a與力F的關(guān)系，再控制砝碼和小盤的質(zhì)量不變，即力F不變，改變小車質(zhì)量M，討論加速度a與M的關(guān)系。,三、實(shí)驗(yàn)器材,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、復(fù)寫紙片、小車、一端附有定滑輪的長(zhǎng)木板，小盤、砝碼、夾子、細(xì)繩、低壓交流電源、導(dǎo)線、天平(帶有一套砝碼)、刻度尺。,四、實(shí)驗(yàn)過程,1稱量質(zhì)量用天平測(cè)量小盤的質(zhì)量m0和小車的質(zhì)量M0。,2裝器材按照如圖所示裝置把實(shí)驗(yàn)器材安裝好，只是不把懸掛小盤的細(xì)繩系在小車上(即不給小車牽引力)。,一、實(shí)驗(yàn)步驟,3平衡摩擦力在長(zhǎng)木板的不帶定滑輪的一端下面墊上一塊薄木塊，反復(fù)移動(dòng)薄木塊的位置，直至小車在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)可以保持勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。,四、實(shí)驗(yàn)過程,4讓小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，掛上小盤和砝碼，先接通電源，再讓小車拖著紙帶在木板上勻加速下滑，打出一條紙帶。計(jì)算小盤和砝碼的重力，即為小車所受的合外力，由紙帶計(jì)算出小車的加速度，并把力和對(duì)應(yīng)的加速度填入表1中。,四、實(shí)驗(yàn)過程,5改變小盤內(nèi)砝碼的個(gè)數(shù)，重復(fù)步驟4，并多做幾次。,6保持小盤內(nèi)的砝碼個(gè)數(shù)不變，在小車上放上砝碼改變小車的質(zhì)量，讓小車在木板上滑動(dòng)打出紙帶。計(jì)算砝碼和小車的總質(zhì)量M，并由紙帶計(jì)算出小車對(duì)應(yīng)的加速度，并將所對(duì)應(yīng)的質(zhì)量和加速度填入表2中。,四、實(shí)驗(yàn)過程,7改變小車上砝碼的個(gè)數(shù)，重復(fù)步驟6，并多做幾次。,四、實(shí)驗(yàn)過程,二、數(shù)據(jù)處理,1計(jì)算加速度先在紙帶上標(biāo)明計(jì)數(shù)點(diǎn)，測(cè)量各計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離，根據(jù)逐差法計(jì)算各條紙帶對(duì)應(yīng)的加速度。,2作圖象找關(guān)系根據(jù)記錄的各組對(duì)應(yīng)的加速度a與小車所受牽引力F，建立直角坐標(biāo)系，描點(diǎn)畫aF圖象，如果圖象是一條過原點(diǎn)的傾斜直線，便證明加速度與作用力成正比。再根據(jù)記錄的各組對(duì)應(yīng)的加速度a與小車和砝碼總質(zhì)量M，建立直角坐標(biāo)系，描點(diǎn)畫aM(1)圖象，如果圖象是一條過原點(diǎn)的傾斜直線，就證明了加速度與質(zhì)量成反比。,【誤差分析】,四、實(shí)驗(yàn)過程,1因?qū)嶒?yàn)原理不完善引起誤差。以小車、小盤和砝碼整體為研究對(duì)象得mg(Mm)a；以小車為研究對(duì)象得FMa；求得,本實(shí)驗(yàn)用小盤和砝碼的總重力mg代替小車的拉力，而實(shí)際上小車所受的拉力要小于小盤和砝碼的總重力。小盤和砝碼的總質(zhì)量越小于小車的質(zhì)量，由此引起的誤差就越小。因此，滿足小盤和砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量的目的就是減小因?qū)嶒?yàn)原理不完善而引起的誤差。,2摩擦力平衡不準(zhǔn)確造成誤差。,四、實(shí)驗(yàn)過程,3質(zhì)量的測(cè)量誤差、紙帶上打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)間隔距離的測(cè)量誤差、細(xì)繩或紙帶不與木板平行等都會(huì)引起誤差。,四、實(shí)驗(yàn)過程,【注意事項(xiàng)】,1平衡摩擦力：在平衡摩擦力時(shí)，不要把懸掛小盤的細(xì)繩系在小車上，即不要給小車加任何牽引力，且要讓小車拖著紙帶勻速運(yùn)動(dòng)。,2不重復(fù)平衡摩擦力：整個(gè)實(shí)驗(yàn)平衡了摩擦力后，不管以后是改變小盤和砝碼的總質(zhì)量還是改變小車和砝碼的總質(zhì)量，都不需要重新平衡摩擦力。,四、實(shí)驗(yàn)過程,3實(shí)驗(yàn)條件：每條紙帶都必須在滿足小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于小盤和砝碼的總質(zhì)量的條件下打出。只有如此，小盤和砝碼的總重力才可視為小車受到的拉力。,4一先一后一按?。焊淖兝托≤囐|(zhì)量后，每次開始時(shí)小車應(yīng)盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，并應(yīng)先接通電源，再放開小車，且應(yīng)在小車到達(dá)定滑輪前按住小車。,5作圖：作圖時(shí)，兩坐標(biāo)軸的比例要適當(dāng)，要使盡可能多的點(diǎn)落在所作直線上，不在直線上的點(diǎn)應(yīng)盡可能對(duì)稱地分布在所作直線兩側(cè)。,五、實(shí)驗(yàn)改進(jìn),1用氣墊導(dǎo)軌和光電門來完成此實(shí)驗(yàn)。,2用拉力傳感器直接測(cè)繩的拉力。,例題講解,例12017山西太原一模用圖a的裝置“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”時(shí)有兩個(gè)“巧妙”的設(shè)計(jì)，一是要求小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于砂和砂桶的質(zhì)量之和；二是對(duì)小車要進(jìn)行“平衡摩擦力”操作?；卮鹣铝袉栴}：(1)實(shí)驗(yàn)要求“小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于砂和砂桶質(zhì)量之和”的目的是_。,(2)對(duì)小車進(jìn)行“平衡摩擦力”操作時(shí)，下列必須進(jìn)行的是_(填字母序號(hào))。A取下砂和砂桶B在空砂桶的牽引下，輕推一下小車，小車能做勻速直線運(yùn)動(dòng)C小車拖著穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源應(yīng)斷開D把長(zhǎng)木板沒有定滑輪的一端墊起適當(dāng)高度,(3)在滿足實(shí)驗(yàn)條件下，某同學(xué)得到了如圖b的圖線(M為小車和砝碼的總質(zhì)量)，圖線在縱軸上截距不為零的原因是_。,例題講解,例題講解,2018云南昆明第一學(xué)期檢測(cè)某實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)用如圖所示的裝置，探究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系。,例題講解,(1)為了使小車受到的合外力的大小等于鉤碼重力的大小，則_。A應(yīng)將圖示裝置中長(zhǎng)木板的右端墊起適當(dāng)?shù)母叨龋云胶饽Σ亮平衡摩擦力時(shí)，圖示裝置中的鉤碼不需要取下C每次改變小車的質(zhì)量時(shí)，都要重新平衡摩擦力D鉤碼的質(zhì)量要遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量,(2)探究加速度a與所受合外力F的關(guān)系時(shí)，保持小車質(zhì)量一定，有兩位同學(xué)分別做實(shí)驗(yàn)，作出的aF圖線如圖甲、乙所示。下列分析正確的是_。,例題講解,A甲圖圖線不通過原點(diǎn)，是因?yàn)闆]有平衡摩擦力B甲圖圖線不通過原點(diǎn)，是因?yàn)槠胶饽Σ亮r(shí)木板一端墊得過高C乙圖圖線發(fā)生彎曲，是因?yàn)閺澢糠謱?duì)應(yīng)的小車的質(zhì)量太大D乙圖圖線發(fā)生彎曲，是因?yàn)閺澢糠謱?duì)應(yīng)的鉤碼質(zhì)量太大,例題講解,例22018山東青島模擬某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)探究加速度a與物體所受合力F及小車質(zhì)量m的關(guān)系實(shí)驗(yàn)，圖甲為實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖，A為小車，B為電火花計(jì)時(shí)器(其接50Hz的交流電源)，C為裝有砝碼的小盤，D為一端帶有定滑輪的長(zhǎng)方形木板，實(shí)驗(yàn)中認(rèn)為細(xì)繩對(duì)小車的拉力F等于砝碼和小盤的總重力，小車運(yùn)動(dòng)的加速度a可用紙帶上打的點(diǎn)求得。,例題講解,例題講解,例題講解,例題講解,例題講解,例題講解,例3某探究學(xué)習(xí)小組的同學(xué)要探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系，他們?cè)趯?shí)驗(yàn)室組裝了一套如圖所示的裝置，水平軌道上安裝兩個(gè)光電門，小車上固定有力傳感器和擋光板，細(xì)線一端與力傳感器連接，另一端跨過定滑輪掛上砝碼盤。實(shí)驗(yàn)首先保持軌道水平，通過調(diào)整砝碼盤里砝碼的質(zhì)量讓小車做勻速運(yùn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)平衡摩擦力，再進(jìn)行后面的操作，并在實(shí)驗(yàn)中獲得以下測(cè)量數(shù)據(jù)：小車、力傳感器和擋光板的總質(zhì)量M，平衡摩擦力時(shí)砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量m0，擋光板的寬度d，光電門1和2的中心距離s。,例題講解,(1)該實(shí)驗(yàn)是否需要滿足砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于車的質(zhì)量？_(選填“需要”或“不