第十三講：探究加速度與力、質量的關系

1精選課件一、實驗目的1．學會用控制變量法研究物理規律。2．探究加速度與力、質量的關系。3．掌握利用圖象處理數據的方法。2精選課件二、實驗原理探究加速度a與力F及質量M的關系時，應用的根本方法是控制變量法，即先控制一個參量——小車的質量M不變，討論加速度a與力F的關系，再控制砝碼和小盤的質量不變，即力F不變，改變小車質量M，討論加速度a與M的關系。3精選課件三、實驗器材打點計時器、紙帶、復寫紙片、小車、一端附有定滑輪的長木板，小盤、砝碼、夾子、細繩、低壓交流電源、導線、天平(帶有一套砝碼)、刻度尺。4精選課件四、實驗過程1．稱量質量——用天平測量小盤的質量m0和小車的質量M0。2．裝器材——按照如下圖裝置把實驗器材安裝好，只是不把懸掛小盤的細繩系在小車上(即不給小車牽引力)。一、實驗步驟5精選課件3．平衡摩擦力——在長木板的不帶定滑輪的一端下面墊上一塊薄木塊，反復移動薄木塊的位置，直至小車在斜面上運動時可以保持勻速運動狀態。四、實驗過程4．讓小車靠近打點計時器，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。計算小盤和砝碼的重力，即為小車所受的合外力，由紙帶計算出小車的加速度，并把力和對應的加速度填入表1中。6精選課件四、實驗過程5．改變小盤內砝碼的個數，重復步驟4，并多做幾次。6．保持小盤內的砝碼個數不變，在小車上放上砝碼改變小車的質量，讓小車在木板上滑動打出紙帶。計算砝碼和小車的總質量M，并由紙帶計算出小車對應的加速度，并將所對應的質量和加速度填入表2中。實驗次數加速度a/(m·s－2)小車受力F/N1

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7精選課件四、實驗過程7．改變小車上砝碼的個數，重復步驟6，并多做幾次。實驗次數加速度a/(m·s－2)小車和砝碼的總質量M/kg1

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8精選課件四、實驗過程二、數據處理1．計算加速度——先在紙帶上標明計數點，測量各計數點間的距離，根據逐差法計算各條紙帶對應的加速度。2．作圖象找關系——根據記錄的各組對應的加速度a與小車所受牽引力F，建立直角坐標系，描點畫a-F圖象，如果圖象是一條過原點的傾斜直線，便證明加速度與作用力成正比。再根據記錄的各組對應的加速度a與小車和砝碼總質量M，建立直角坐標系，描點畫a－M(1)圖象，如果圖象是一條過原點的傾斜直線，就證明了加速度與質量成反比。9精選課件【誤差分析】四、實驗過程1．因實驗原理不完善引起誤差。以小車、小盤和砝碼整體為研究對象得mg＝(M＋m)a；以小車為研究對象得F＝Ma；求得本實驗用小盤和砝碼的總重力mg代替小車的拉力，而實際上小車所受的拉力要小于小盤和砝碼的總重力。小盤和砝碼的總質量越小于小車的質量，由此引起的誤差就越小。因此，滿足小盤和砝碼的總質量遠小于小車的質量的目的就是減小因實驗原理不完善而引起的誤差。10精選課件2．摩擦力平衡不準確造成誤差。四、實驗過程3．質量的測量誤差、紙帶上打點計時器打點間隔距離的測量誤差、細繩或紙帶不與木板平行等都會引起誤差。11精選課件四、實驗過程【本卷須知】1．平衡摩擦力：在平衡摩擦力時，不要把懸掛小盤的細繩系在小車上，即不要給小車加任何牽引力，且要讓小車拖著紙帶勻速運動。2．不重復平衡摩擦力：整個實驗平衡了摩擦力后，不管以后是改變小盤和砝碼的總質量還是改變小車和砝碼的總質量，都不需要重新平衡摩擦力。12精選課件四、實驗過程3．實驗條件：每條紙帶都必須在滿足小車的質量遠大于小盤和砝碼的總質量的條件下打出。只有如此，小盤和砝碼的總重力才可視為小車受到的拉力。4．一先一后一按住：改變拉力和小車質量后，每次開始時小車應盡量靠近打點計時器，并應先接通電源，再放開小車，且應在小車到達定滑輪前按住小車。5．作圖：作圖時，兩坐標軸的比例要適當，要使盡可能多的點落在所作直線上，不在直線上的點應盡可能對稱地分布在所作直線兩側。13精選課件五、實驗改進1．用氣墊導軌和光電門來完成此實驗。2．用拉力傳感器直接測繩的拉力。14精選課件例題講解例1[2021·山西太原一模]用圖a的裝置“探究加速度與力、質量的關系〞時有兩個“巧妙〞的設計，一是要求小車的質量遠大于砂和砂桶的質量之和；二是對小車要進行“平衡摩擦力〞操作。答復以下問題：(1)實驗要求“小車質量遠大于砂和砂桶質量之和〞的目的是_______________________________________。(2)對小車進行“平衡摩擦力〞操作時，以下必須進行的是________(填字母序號)。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動C．小車拖著穿過打點計時器的紙帶做勻速運動時，打點計時器的電源應斷開D．把長木板沒有定滑輪的一端墊起適當高度15精選課件(3)在滿足實驗條件下，某同學得到了如圖b的圖線(M為小車和砝碼的總質量)，圖線在縱軸上截距不為零的原因是_________________。

例題講解16精選課件例題講解[2021·云南昆明第一學期檢測]某實驗小組的同學用如下圖的裝置，探究加速度與力和質量的關系。

17精選課件例題講解(1)為了使小車受到的合外力的大小等于鉤碼重力的大小，那么________。A．應將圖示裝置中長木板的右端墊起適當的高度，以平衡摩擦力B．平衡摩擦力時，圖示裝置中的鉤碼不需要取下C．每次改變小車的質量時，都要重新平衡摩擦力D．鉤碼的質量要遠小于小車的質量18精選課件(2)探究加速度a與所受合外力F的關系時，保持小車質量一定，有兩位同學分別做實驗，作出的a-F圖線如圖甲、乙所示。以下分析正確的選項是________。例題講解19精選課件A．甲圖圖線不通過原點，是因為沒有平衡摩擦力B．甲圖圖線不通過原點，是因為平衡摩擦力時木板一端墊得過高C．乙圖圖線發生彎曲，是因為彎曲局部對應的小車的質量太大D．乙圖圖線發生彎曲，是因為彎曲局部對應的鉤碼質量太大例題講解20精選課件例2[2021·山東青島模擬]某同學設計了一個探究加速度a與物體所受合力F及小車質量m的關系實驗，圖甲為實驗裝置簡圖，A為小車，B為電火花計時器(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方形木板，實驗中認為細繩對小車的拉力F等于砝碼和小盤的總重力，小車運動的加速度a可用紙帶上打的點求得。例題講解21精選課件例題講解22精選課件例題講解23精選課件例題講解24精選課件例題講解25精選課件例題講解26精選課件例3某探究學習小組的同學要探究加速度與力、質量的關系，他們在實驗室組裝了一套如下圖的裝置，水平軌道上安裝兩個光電門，小車上固定有力傳感器和擋光板，細線一端與力傳感器連接，另一端跨過定滑輪掛上砝碼盤。實驗首先保持軌道水平，通過調整砝碼盤里砝碼的質量讓小車做勻速運動以實現平衡摩擦力，再進行后面的操作，并在實驗中獲得以下測量數據：小車、力傳感器和擋光板的總質量M，平衡摩擦力時砝碼和砝碼盤的總質量m0，擋光板的寬度d，光電門1和2的中心距離s。例題講解27精選課件(1)該實驗是否需要滿足砝碼和砝碼盤的總質量遠小于車的質量？________(選填“需要〞或“不需要〞)。

例題講解(2)實驗需用游標