高中物理課件實驗：探究加速度與力、質量的關系

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1、第四章第節(jié)實驗理論指導典題案例導析知能演練提升題型一題型二題型三 一 、 實 驗 目 的(1)學 會 用 控 制 變 量 法 探 究 物 理 規(guī) 律 。(2)探 究 加 速 度 與 力 、 質 量 的 關 系 。 二 、 實 驗 原 理 控 制 變 量 法 ： 在 探 究 加 速 度 與 力 、 質 量 三 者 關 系 時 ，先 讓 其 中 一 個 量 保 持 不 變 來 探 究 其 他 兩 個 量 之 間 的 關 系 。 (1)探 究 加 速 度 與 力 的 關 系 的 基 本 思 路 ： 保 持 物 體 的 質量 不 變 ， 測 量 物 體 在 不 同 力 的 作 用 下 的 加 速 度

2、， 分 析 加速 度 與 力 的 關 系 。 (2)探 究 加 速 度 與 質 量 的 關 系 的 基 本 思 路 ： 保 持 物 體 所受 的 力 不 變 ， 測 量 不 同 質 量 的 物 體 在 該 力 作 用 下 的 加 速 度 ，分 析 加 速 度 與 質 量 的 關 系 。 (3)實 驗 方 案 ： 這 個 實 驗 中 需 要 測 量 的 物 理 量 有 三 個 ：物 體 的 加 速 度 、 物 體 所 受 的 力 、 物 體 的 質 量 。 質 量 用 天 平測 量 ， 因 此 本 實 驗 要 解 決 的 主 要 問 題 是 怎 樣 測 量 加 速 度 和物 體 所 受 的 力

3、。 怎 樣 測 量 (或 比 較 )物 體 的 加 速 度 ： 在 運 動 物 體 上 安 裝 一 條 穿 過 打 點 計 時 器 的 紙 帶 ， 根 據(jù)紙 帶 上 打 出 的 點 來 測 量 加 速 度 。 在 這 個 實 驗 中 也 可 以 測 加速 度 與 其 他 量 之 間 的 比 例 關 系 。 測 量 不 同 情 況 下 (即 不 同受 力 、 不 同 質 量 時 )物 體 加 速 度 的 比 值 就 可 以 了 。 怎 樣 提 供 和 測 量 物 體 所 受 的 恒 力 ：設 計 的 實 驗 裝 置 如 圖 4 2 1所 示 。圖 4 2 1 a 對 此 實 驗 中 力 的 理

4、解 ： 除 了 在 真 空 中 拋 出 或 落 下 的物 體 (僅 受 重 力 )外 ， 僅 受 一 個 力 的 物 體 幾 乎 是 不 存 在 的 。 然而 ， 一 個 單 獨 的 力 的 作 用 效 果 與 跟 它 大 小 、 方 向 都 相 同 的 合力 的 作 用 效 果 是 相 同 的 ， 因 此 ， 實 驗 中 的 力 F的 含 義 可 以 是物 體 所 受 的 合 力 。 b 平 衡 摩 擦 力 ： 如 圖 4 2 1所 示 ， 紙 帶 穿 過 打 點 計 時器 。 為 了 消 除 摩 擦 力 對 小 車 的 影 響 ， 可 將 木 板 無 滑 輪 的 一 端稍 微 墊 高 一

5、些 ， 用 小 車 的 重 力 的 分 力 來 抵 消 它 所 受 到 的 摩 擦力 ， 直 到 小 車 不 掛 重 物 時 能 在 木 板 上 勻 速 運 動 為 止 。 當 掛 上 重 物 時 ， 只 要 重 物 的 質 量 遠 小 于 小 車 的 質 量 ，那 么 我 們 可 近 似 認 為 托 盤 和 砝 碼 所 受 的 重 力 大 小 等 于 小車 所 受 的 合 力 的 大 小 。 增 減 盤 中 砝 碼 的 個 數(shù) 可 改 變 小 車所 受 到 的 合 力 。 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

6、 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 。 四 、 實 驗 步 驟 (1)用 天 平 測 出 小 車 和 重 物 的 質 量 分 別 為 M0、 m0， 并把 數(shù) 值 記 錄 下 來 。 (2)按 圖 4 2 2將 實 驗 器 材 安 裝 好 (小 車 上 不 系 繩 )。圖 4 2 2 (3)平 衡 摩 擦 力 ， 把 木 板 無 滑 輪 的 一 端 下 面 墊 一 薄木 板 ， 反 復 移 動 其 位 置 ， 直 到 打 點 計 時 器 正 常 工 作 后不 掛 重 物 的

7、小 車 在 斜 面 上 做 勻 速 直 線 運 動 為 止 (紙 帶 上相 鄰 點 間 距 相 等 )。 (4)將 重 物 通 過 細 繩 系 在 小 車 上 ， 接 通 電 源 放 開 小車 ， 用 紙 帶 記 錄 小 車 的 運 動 情 況 ； 取 下 紙 帶 并 在 紙 帶上 標 上 號 碼 及 此 時 所 掛 重 物 的 重 力 m0g。 (5)保 持 小 車 的 質 量 不 變 ， 改 變 所 掛 重 物 的 重 力 ，重 復 步 驟 (4)， 多 做 幾 次 實 驗 ， 每 次 小 車 從 同 一 位 置 釋放 ， 并 記 錄 好 相 應 紙 帶 及 重 物 的 重 力 m1g、

8、m2g、 (6)保 持 小 車 所 受 合 外 力 不 變 ， 在 小 車 上 加 放 砝 碼 ，并 測 出 小 車 與 所 放 砝 碼 的 總 質 量 M1， 接 通 電 源 ， 放 開小 車 用 紙 帶 記 錄 小 車 的 運 動 情 況 ， 取 下 紙 帶 并 在 紙 帶上 標 上 號 碼 。 (7)繼 續(xù) 在 小 車 上 加 放 砝 碼 ， 重 復 步 驟 (6)， 多 做幾 次 實 驗 ， 在 每 次 得 到 的 紙 帶 上 標 上 號 碼 。 五 、 數(shù) 據(jù) 處 理 (1)在 每 條 紙 帶 上 選 取 一 段 比 較 理 想 的 部 分 ， 計 算出 加 速 度 a。 (2)當

9、小 車 質 量 M不 變 時 ， 將 每 次 測 出 的 小 車 受 到的 合 外 力 F和 相 應 的 加 速 度 a的 值 填 入 下 表 。 實 驗 次 數(shù) n 小 車 受 力 F/N 加 速 度 a/(ms 2)12345 表 1： M不 變 ， 加 速 度 a與 受 力 的 關 系 (3)當 小 車 所 受 合 外 力 不 變 時 ， 將 每 次 測 量 的 小 車質 量 M和 加 速 度 a的 值 填 入 下 表 。 表 2： F不 變 ， 加 速 度 與 質 量 的 關 系實 驗 次 數(shù) n 小 車 質 量 M/kg 加 速 度 a/(ms 2)12345 圖 4 2 3(5)分

10、 析 (a)、 (b)、 (c)三 個 圖 像 ， 得 出 結 論 。 六 、 注 意 事 項 (1)平 衡 摩 擦 力 時 不 要 掛 重 物 ， 整 個 實 驗 平 衡 了 摩 擦力 后 ， 不 管 以 后 是 改 變 盤 和 砝 碼 的 質 量 還 是 改 變 小 車 及 砝碼 的 質 量 ， 都 不 需 要 重 新 平 衡 摩 擦 力 。 (2)實 驗 中 必 須 滿 足 小 車 和 砝 碼 的 總 質 量 遠 大 于 小 盤和 砝 碼 的 總 質 量 。 (3)每 次 釋 放 小 車 時 ， 小 車 應 靠 近 打 點 計 時 器 并 且 先接 通 電 源 再 放 小 車 ， 當 小

11、 車 靠 近 滑 輪 時 用 手 按 住 小 車 。 (4)各 紙 帶 上 的 加 速 度 a， 都 應 是 該 紙 帶 上 的 平 均加 速 度 。 (5)作 圖 像 時 ， 要 使 盡 可 能 多 的 點 在 所 作 直 線 上 ，不 在 直 線 上 的 點 應 盡 可 能 對 稱 分 布 在 所 作 直 線 兩 側 。離 直 線 較 遠 的 點 是 錯 誤 數(shù) 據(jù) ， 可 舍 去 不 予 考 慮 。 七 、 誤 差 分 析 (1)在 實 驗 中 ， 我 們 認 為 鉤 碼 的 重 力 就 等 于 小 車 所受 的 合 力 。 但 這 是 有 誤 差 的 ， 只 有 在 小 車 質 量 比

12、 較 大 ，鉤 碼 重 力 比 較 小 ， 且 長 木 板 合 理 傾 斜 的 情 況 下 ， 實 驗結 果 才 比 較 理 想 。 (2)質 量 測 量 、 長 度 測 量 中 也 存 在 偶 然 誤 差 ， 可 通過 多 次 測 量 取 平 均 值 的 方 法 來 減 小 誤 差 。 (3)平 衡 摩 擦 力 不 準 而 造 成 誤 差 。 (4)描 點 作 圖 時 存 在 誤 差 。 八 、 它 案 設 計 用 氣 墊 導 軌 探 究 加 速 度 與 力 、 質 量 的 關 系 (1)實 驗 設 計 ： 讓 滑 塊 在 砝 碼 拉 力 的 作 用 下 做 加 速 運 動 ， 記 錄下 滑

13、 塊 通 過 光 電 門 的 速 度 、 砝 碼 的 質 量 、 兩 光 電 門 間的 距 離 。 保 持 滑 塊 質 量 不 變 ， 通 過 增 加 (或 減 少 )砝 碼 的數(shù) 量 來 改 變 拉 力 的 大 小 。 重 復 實 驗 3次 。 (3)數(shù) 據(jù) 的 分 析 ： 設 計 實 驗 表 格 ， 將 滑 塊 質 量 不 變 時 的 實 驗 數(shù) 據(jù)記 入 表 格 并 進 行 分 析 。 滑 塊 質 量 M _kg 砝 碼的 質量m/kg 滑 塊 所受 拉 力大 小 的近 似 值F/N 滑 塊 通 過光 電 門 1的 速 度v1/(ms 1) 滑 塊 通 過光 電 門 2的 速 度v2/(

14、ms 1) 兩 光 電門 間 的距 離x/m 滑 塊 加 速 度的 計 算 值a/(ms 2) 我 們 認 為 砝 碼 的 重 力 等 于 滑 塊 所 受 到的 拉 力 ， 但 這 是 有 條 件 的 ， 即 滑 塊 的 質 量 比砝 碼 的 質 量 大 得 多 ， 滑 塊 的 加 速 度 不 能 太 大 。 例 1 下 面 是 “探 究 加 速 度 與 力 、 質 量 的 關 系 ”實 驗 步 驟 ： 用 天 平 測 出 小 車 質 量 M和 小 盤 質 量 m 安 裝 好 打 點 計 時 器 ， 在 小 車 上 裝 好 紙 帶 調 整 長 木 板 的 傾 斜 程 度 在 小 盤 中 加 入

15、 適 量 的 砝 碼 m1 保 持 小 車 質 量 一 定 時 ， 探 究 加 速 度 與 力 的 關 系 保 持 小 車 所 受 拉 力 一 定 時 ， 探 究 加 速 度 與 質 量 的 關 系 (1)步 驟 的 目 的 是 _。 (2)步 驟 中 ， 要 求 小 盤 和 砝 碼 總 質 量 (m m1)_小 車 質 量 M。 (3)步 驟 和 ， 表 明 該 實 驗 采 用 的 科 學 方 法是 _。 解 析 (1)步 驟 是 為 了 平 衡 掉 小 車 與 木 板 、 紙 帶 與打 點 計 時 器 間 的 摩 擦 力 ， 使 小 車 所 受 的 合 力 等 于 小 盤 和 砝碼 的 重

16、 力 。 (2)步 驟 中 ， 要 求 小 盤 和 砝 碼 總 質 量 (m m1)遠 小 于小 車 的 質 量 M。 (3)該 實 驗 采 用 的 是 控 制 變 量 法 。 答 案 (1)平 衡 摩 擦 力 (2)遠 小 于 (3)控 制 變 量 法 圖 4 2 4 例 2 在 “探 究 加 速 度 與 力 、質 量 的 關 系 ”的 實 驗 中 ， 采 用 圖4 2 4所 示 的 裝 置 。 (1)本 實 驗 應 用 的 實 驗 方 法是 _。 A 控 制 變 量 法 B 假 設 法 C 理 想 實 驗 法 (3)某 同 學 測 得 小 車 的 加 速 度 a和 拉 力 F的 數(shù) 據(jù) 如

17、表 所 示 ： (小 車 質 量 保 持 不 變 )F/N 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60a/(ms 2) 0.10 0.20 0.28 0.40 0.52 根 據(jù) 表 中 的 數(shù) 據(jù) 在 坐 標 圖 4 2 5上 作 出 a F圖 像 。圖 4 2 5 圖 線 不 過 原 點 的 原 因 可 能 是 _。 (3) 作 出 的 a F圖 像 如 圖 所 示 。 由 a F圖 像 可 知 ， 當 力 F0.1 N時 ， 小 車 沒 有 動 ，說 明 此 時 小 車 所 受 的 摩 擦 力 沒 有 完 全 平 衡 掉 。 答 案 (1)A (2)CD (3) 圖 見 解 析 未

18、平 衡 摩 擦 力 或 平 衡 摩 擦 力 不 夠 例 3 在 “探 究 加 速 度 與 物 體 質 量 、 物 體 受 力 的關 系 ”實 驗 中 ， 某 小 組 設 計 了 如 圖 4 2 6所 示 的 實 驗裝 置 。 圖 4 2 6 (1)由 于 滑 塊 M與 軌 道 間 有 氣 墊 ， 所 以 M受 到 的 阻力 極 小 ， 可 以 忽 略 不 計 。 實 驗 前 需 要 調 整 氣 墊 導 軌 底座 使 之 水 平 ， 利 用 現(xiàn) 有 器 材 如 何 判 斷 導 軌 是 否 水 平 ？ (2)為 了 使 鉤 碼 所 受 的 重 力 等 于 使 滑 塊 做 勻 加 速 運動 的 力

19、， 要 求 所 掛 鉤 碼 的 質 量 m與 滑 塊 的 質 量 M應 滿足 什 么 關 系 ？ (3)實 驗 中 獲 得 的 數(shù) 據(jù) 如 下 表 所 示 ：m 0.004 kg F 0.039 2 N x 0.500 m 試 根 據(jù) 表 中 所 給 的 數(shù) 據(jù) ， 在 如 圖 4 2 7所 示 的坐 標 系 中 先 標 出 各 坐 標 軸 所 表 示 的 合 適 的 物 理 量 及 標度 ， 然 后 作 出 相 關 圖 像 。圖 4 2 7 進 而 完 成 探 究 在 相 同 力 的 作 用 下 ， 物 體 的 加 速 度與 滑 塊 質 量 的 關 系 。 結 論 ： 在 保 持 物 體 所 受 的 合 外 力 不 變 的 情 況下 ， 物 體 的 加 速 度 跟 質 量 成 反 比 。 答 案 見 解 析