1、2 实验:探究加速度与力、质量的关系,自主阅读,自我检测,一、加速度与力的关系 1.根据日常的观察,同一个物体,受到的作用力越大,产生加速度就越大;同样的力作用在不同质量的物体上,质量小的物体加速度大。因此我们可以假设力与加速度成正比,力与质量成反比。 2.探究加速度与力的关系的基本思路:保持物体的质量不变,测量物体在不同的力的作用下的加速度,分析加速度与力的关系。 3.实验数据的分析:为了直观地判断加速度a与力F的数量关系,我们以a为纵坐标,F为横坐标建立坐标系,根据各组数据在坐标系中描点。如果这些点在一条过原点的直线上,说明a与F成正比。,自主阅读,自我检测,二、加速度与质量的关系 1.探
2、究加速度与质量的关系的基本思路:保持物体所受的力相同,测量不同质量的物体在这个力作用下的加速度,分析加速度与质量的关系。 2.实验数据的分析:根据经验,在相同力的作用下,质量越大,加速度越小。我们从最简单的情况入手,检验是否“a与m成反比”,实际上就是检验是否“a与 成正比”,我们以a为纵坐标, 为横坐标建立坐标系,根据各组数据在坐标系中描点。如果这些点在一条过原点的直线上,说明a与 成正比,即a与m成反比。,自主阅读,自我检测,三、制定两个实验方案时的两个问题 1.实验需要测量的物理量:物体的加速度、物体所受的力和物体的质量。 2.测量物理量: (1)测量质量:质量可以用天平测量。,自主阅读
3、,自我检测,(3)测量合力:平衡摩擦力:如图所示,小车在运动中受细绳的拉力、打点计时器的阻力和长木板的摩擦力作用,由于打点计时器的阻力和长木板的摩擦力难以测量,因此小车的合力难以测量。实际操作中常采用平衡摩擦力的方法将实验简化。即将木板 远离滑轮的一端垫高,使小车在不受拉力作用时能拖动纸带沿木板匀速下滑,以平衡各种阻力,此时小车的合力等于绳的拉力。 小车合力的近似:在盘和重物的总质量比小车的质量小很多时,小车的合力近似等于盘和重物的总重力。,自主阅读,自我检测,四、怎样由实验数据得出结论 在本实验中,我们猜想物体的加速度与它所受的力成正比,与质量成反比,然后根据实验数据作出a-F图象和 图象,
4、若多次测量,每次实验的点都可以拟合成直线,这些直线都近似通过原点,说明实际的规律很可能就是两物理量存在正比关系。,自主阅读,自我检测,1.正误辨析 (1)本实验研究的是物体所受的某一个力与物体加速度的关系。 ( ) 解析 研究的是物体所受的合力与加速度的关系,而非某一个力。 答案 (2)实验假设应该从最简单的情况进行猜想。 ( ) 解析 先检验最简单的假设,如果不成立,再检验其他的复杂的猜想。 答案 (3)实验中作直线拟合的方法是让每个点都要在一条直线上。 ( ) 解析 作直线拟合的方法是较多的点在一条直线上,其他不在直线上的点均匀分布在线的两侧。 答案 ,自主阅读,自我检测,(4)多次进行实
5、验,得到的结论一定是准确的。 ( ) 解析 多次实验得到的结论仍然具有猜想和推断的性质,只有根据这些结论推导出的很多新结果与事实一致时,这样的结论才真正正确。 答案 ,自主阅读,自我检测,2.在研究物体的加速度、作用力和质量三个物理量的关系时,我们用实验研究了小车“在质量一定的情况下,加速度和作用力之间的关系”;又研究了“在作用力一定的情况下,加速度和质量之间的关系”。这种研究物理问题的科学方法是( ) A.建立理想模型的方法 B.控制变量法 C.等效替代法 D.类比法 解析 研究三个或三个以上物理量间的关系时通常采用控制变量法。 答案 B,探究一,探究二,实验过程 情景导引 在探究加速度与外
6、力间的关系时,得到的图象如图中甲和乙所示,则出现此种现象的原因是什么?,要点提示 甲图说明平衡摩擦力时,木板倾角过大了,即拉力F=0时,已产生加速度,此加速度是由小车重力的分力形成的。乙图说明平衡摩擦力不够或根本没有平衡摩擦力,因为当拉力增大到一定程度时才产生加速度。,探究一,探究二,知识归纳 1.实验器材 小车、砝码、小桶、沙、细线、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、交流电源、纸带、刻度尺、天平。 2.实验原理 (1)应用纸带测加速度:在小车后面安装一条通过打点计时器限位孔的纸带,接通打点计时器电源后释放小车,打出一条纸带。然后,根据在匀变速直线运动中连续相等的时间间隔T内的位移之差
7、x=aT2求出加速度。,探究一,探究二,探究一,探究二,3.实验步骤(1)用天平测出小车的质量m,并把数值记录下来。 (2)按右图所示的装置把实验器材安装好。 (3)平衡摩擦力:在长木板不带定滑轮的一端下面垫一木块,多次移动木块位置,直到轻推小车,使小车在斜面上运动时可保持匀速直线运动为止。,探究一,探究二,(4)在小桶里放入适量的沙,在小车上加放适量的砝码,用天平测出小桶和沙的质量m,并记录下来。接通电源,放开小车,待打点计时器在纸带上打好点后取下纸带。 (5)保持小车的质量不变,改变沙和小桶的质量,按步骤(4)再做5次实验。 (6)在每条纸带上选取一段比较理想的部分,算出每条纸带对应的加速
8、度的值并记录在表格的相应位置。,探究一,探究二,(7)用纵坐标表示加速度,横坐标表示作用力,根据实验结果画出小车运动的a-F图象,从而得出a-F的关系。 (8)保持沙和小桶的质量不变,在小车上加放砝码,重复上面的实验,求出相应的加速度,并设计表格如下。根据实验结果画出小车运动的 图象,从而得出a-m的关系。,(9)整理实验器材,结束实验。,探究一,探究二,典例剖析 【例1】用如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沙子的质量; 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小桶; D.将电
9、磁打点计时器接在12 V电压的蓄电池上; E.先放开小车,再接通电源,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;,探究一,探究二,F.保持小桶及桶中沙子的质量不变,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; G.分析每条纸带,测量并计算出加速度的值; H.作a-m关系图象,并由图象确定a、m之间的关系。 (1)该同学漏掉的重要实验步骤是 ,该步骤应排在 步骤实验之后。 (2)在上述步骤中,有错误的是 、 ,应修改为 。 (3)在上述步骤中,处理不恰当的是 ,应把 改为 。,探究一,探究二,解析 实验中把小桶及桶中沙子的重力看作与小车所受拉力大小相等,没有考虑摩擦
10、力,故必须平衡摩擦力。电磁打点计时器接在12 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。实验时,应先接通电源,再放开小车。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)平衡摩擦力 B (2)D E D将“12 V电压的蓄电池”改为“6 V以下交流电压的学生电源”;E将“先放开小车,再接通电源”改为“先接通电源,再放开小车” (3)H a-m a-,探究一,探究二,实验误差与注意事项 情景导引 实验过程中为什么要平衡摩擦力?如何平衡摩擦力? 要点提示 平衡摩擦力的目的:使小桶和沙子的重力等于小车受到的合力。平衡
11、摩擦力的方法:将不带定滑轮的一端适当垫高,在不挂小桶的情况下,使小车带动纸带(打点计时器打点时)沿长木板恰好做匀速直线运动。,探究一,探究二,知识归纳 1.误差分析 (1)实验原理不完善造成系统误差: 实验中用小盘和砝码的总重力代替小车受到的拉力(实际上小车受到的拉力要小于小盘和砝码的总重力),存在系统误差。 (2)测量、操作不够准确造成偶然误差。,探究一,探究二,2.注意事项 (1)实验中应先接通电源后释放小车。 (2)在平衡摩擦力时,不要悬挂小桶,但小车应连着纸带且接通电源。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。平衡
12、摩擦力后,在后面的实验中无论是改变沙桶的质量还是改变小车的质量,都不需要重新平衡摩擦力。 (3)改变沙的质量过程中,要始终保证沙桶(包括沙)的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地分布在直线的两侧,但若遇到个别偏离较远的点可舍去。,探究一,探究二,典例剖析 【例2】 探究加速度与力、质量的关系的实验装置如图甲所示。,(1)当小车(包括车中砝码)的质量m与砝码及盘的质量m的大小关系满足 时,才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘及盘中砝码的重力。,探究一,探究二,(2)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。打点计时器打点
13、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。该小车的加速度大小a= m/s2。(结果保留两位有效数字) (3)右图是甲、乙两同学根据实验数据画出的图象。形成图线甲的原因是 。 形成图线乙的原因是 。,探究一,探究二,解析 (1)探究加速度与力、质量的关系的实验中,要保证mm,才能保证绳子的拉力约等于m的重力; (2)计数点间时间间隔T=0.1 s, 间距x1=3.52 cm,x2=3.68 cm,x3=3.83 cm。,(3)图线甲,F=0时,小车就有了加速度,可见是长木板倾角过大。图线乙,有了拉力时,加速度仍为0,说明未平衡摩擦力或长木板倾角过
14、小。 答案 (1)mm (2)0.16 (3)长木板倾角过大 未平衡摩擦力或长木板倾角过小,1,2,3,4,5,1.在利用打点计时器和小车来做探究加速度与力、质量的关系的实验时,下列说法不正确的是( ) A.平衡摩擦力时,应将砝码盘及盘内砝码通过定滑轮拴在小车上 B.连接砝码盘和小车的细绳应跟长木板保持平行 C.平衡摩擦力后,长木板的位置不能移动 D.小车释放前应靠近打点计时器,且应先接通电源再释放小车 解析 选项A中平衡摩擦力时,不能将砝码盘及盘内砝码(或小桶)拴在小车上,选项A说法错误;选项B、C、D符合正确的操作方法,选项B、C、D说法正确。 答案 A,1,2,3,4,5,2.在用电磁打
15、点计时器探究加速度与力、质量的关系的实验中,下列做法或者理由正确的是( ) A.实验中为了保证安全,应该选用低压直流电源 B.可以将装有沙子的小桶用钩码代替,这样会使实验更加方便 C.实验结果不用a-M图象,而用a- 图象,是为了便于根据图象直观地进行判断 D.“平衡摩擦力”的本质就是让小车受到的摩擦力为零 解析 电磁打点计时器需要的是低压交流电源,A错误;如果用钩码代替装有沙子的小桶进行实验,不利于调节拉力的大小,B错误;实验中处理图象,一般都是尽量“化曲为直”,这样更容易判断问题,C正确;小车运动过程中受的阻力是永远存在的,无法使之为零,故D项错误。 答案 C,1,2,3,4,5,3.(多
16、选)如图所示是某些同学根据实验数据画出的图象,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,1,2,3,4,5,解析 由题图甲可以知道,当F=0时,a0,所以没有作用力时,小车已经有加速度,原因可能是平衡摩擦力时长木板倾角过大,所以A选项是正确的;题图乙中图象在a轴上有截距,这是平衡摩擦力时长木板的倾角过大造成的,故B错误;由题图丙可以知道,当F0时,a=0,原因可能是平衡摩擦力时长木板倾角过小,故C错误;题图丁中图象在 轴上
17、有截距,这是平衡摩擦力时长木板的倾角过小造成的,所以D选项是正确的。 答案 AD,1,2,3,4,5,4.(多选)在探究加速度与力、质量的关系实验中,关于小车所受的合力,下列叙述正确的是( ) A.小车所受的合力就是所挂小盘和砝码的重力 B.小车所受的合力的大小等于托盘和砝码通过细绳对小车施加的拉力 C.只有平衡摩擦力之后,小车所受合力才等于细绳对小车的拉力 D.只有平衡摩擦力之后,且当小车的质量远大于托盘和砝码的总质量时,小车所受合力的大小可认为等于托盘和砝码的重力大小,1,2,3,4,5,解析 托盘与砝码的重力不可说成是小车所受的合力,选项A错误;由于小车下滑必受摩擦力作用,平衡摩擦力之后
18、(实际上是mgsin =Ff),小车所受合力才等于细绳的拉力,选项B错误,C正确;只有当小车质量m远大于托盘与砝码质量m(即mm)时,细绳中的拉力大小才近似等于托盘和砝码的重力大小,也只有平衡了摩擦力之后,小车所受合力大小才近似等于托盘和砝码的重力大小,选项D正确。 答案 CD,1,2,3,4,5,5.“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图甲所示。甲 (1)在消除小车所受摩擦力的影响的过程中,小车后面 (选填“需要”或“不需要”)悬挂砝码。 (2)实验中,小车所受的拉力近似等于砝码和砝码盘的重力,需要满足的条件是:小车的质量 (选填“远大于”“远小于”或“等于”)砝码和砝码盘的质量。,1,2,3,4,5,(3)图乙是根据实验数据作出的 图象,根据该图象可以得出实验结论是 。 (4)由图象可知,小车所受合力为F= N(结果保留1位有效数字),乙,1,2,3,4,5,解析 图象的斜率k=F=0.1 N。 答案 (1)不需要 (2)远大于 (3)在力不变时,加速度与物体的质量成反比 (4)0.1 N,
