探究加速度 与力 质量的关系.ppt

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1、实验四实验四 探究加速度与力、质量的关系探究加速度与力、质量的关系要点归纳要点归纳【实验目的实验目的】1.1.学会用控制变量法研究物理规律学会用控制变量法研究物理规律;2.2.验证牛顿第二定律验证牛顿第二定律;3.3.掌握利用图象处理数据的方法掌握利用图象处理数据的方法.【实验器材实验器材】打点计时器、纸带、复写纸片、小车、一端附打点计时器、纸带、复写纸片、小车、一端附有定滑轮的长木板、重物、夹子、细绳、低压交流有定滑轮的长木板、重物、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平电源、导线、天平(带有一套砝码带有一套砝码)、刻度尺、砝码、刻度尺、砝码.【误差分析误差分析】1.1.质量的测量误差质量的测

2、量误差,纸带上打点计时器打点间纸带上打点计时器打点间隔距离的测量误差隔距离的测量误差,拉线或纸带不与木板平行等都会拉线或纸带不与木板平行等都会造成误差造成误差.2.2.因实验原理不完善造成误差因实验原理不完善造成误差 本实验中用小盘和砝码的总重力代替小车受到本实验中用小盘和砝码的总重力代替小车受到的拉力的拉力(实际上小车受到的拉力要小于小盘和砝码的实际上小车受到的拉力要小于小盘和砝码的总重力总重力),),存在系统误差存在系统误差.小盘和砝码的总质量越接近小车的质量小盘和砝码的总质量越接近小车的质量,误差就越大误差就越大;反之反之,小盘和砝码的总质量越小于小车的质量小盘和砝码的总质量越小于小车的

3、质量,误差误差就越小就越小.3.3.平衡摩擦力不准造成误差平衡摩擦力不准造成误差 在平衡摩擦力时在平衡摩擦力时,除了不挂小盘外除了不挂小盘外;其他的都跟正其他的都跟正式式实实验验一一样样(比比如如要要挂挂好好纸纸带带,接接通通打打点点计计时时器器),),匀匀速速运运动动的的标标志志是是打打点点计计时时器器打打出出的的纸纸带带上上各各点点的距离相等的距离相等.【注意事项注意事项】1.1.一定要做好平衡摩擦力的工作一定要做好平衡摩擦力的工作,也就是调出也就是调出一个合适的斜面一个合适的斜面,使小车的重力沿着斜面方向的分力使小车的重力沿着斜面方向的分力正好平衡小车受的摩擦阻力正好平衡小车受的摩擦阻力

4、.在平衡摩擦力时在平衡摩擦力时,不要不要把悬挂小盘的细线系在小车上把悬挂小盘的细线系在小车上,即不要给小车加任何即不要给小车加任何牵引力牵引力,并要让小车拖着打点的纸带运动并要让小车拖着打点的纸带运动.2.2.实验步骤实验步骤2 2、3 3不需要重复不需要重复,即整个实验平衡即整个实验平衡了摩擦力后了摩擦力后,不管以后是改变小盘和砝码的总质量还不管以后是改变小盘和砝码的总质量还是改变小车和砝码的总质量是改变小车和砝码的总质量,都不需要重新平衡摩擦都不需要重新平衡摩擦力力.3.3.每条纸带必须在满足小车与车上所加砝码的每条纸带必须在满足小车与车上所加砝码的总质量远大于小盘和砝码的总质量的条件下打

5、出总质量远大于小盘和砝码的总质量的条件下打出.只只有如此有如此,小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力力.4.4.改变拉力和小车质量后改变拉力和小车质量后,每次开始时小车应尽每次开始时小车应尽量靠近打点计时器量靠近打点计时器,并应先接通电源并应先接通电源,再放开小车再放开小车,且且应在小车到达滑轮前按住小车应在小车到达滑轮前按住小车.5.5.作图象时作图象时,要使尽可能多的点分布在所作直线要使尽可能多的点分布在所作直线上上,不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线两不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线两侧侧.6.6.作图时两轴标度比例要选择适当作图时

6、两轴标度比例要选择适当,各量须采用各量须采用国际单位国际单位.这样作图线时这样作图线时,坐标点间距不至于过密坐标点间距不至于过密,误误差会小些差会小些.7.7.为提高测量精度为提高测量精度 (1)(1)应舍掉纸带上开头比较密集的点应舍掉纸带上开头比较密集的点,在后边便在后边便于测量的地方找一个起点于测量的地方找一个起点.(2)(2)可以把每打五次点的时间作为时间单位可以把每打五次点的时间作为时间单位,即即从开始点起从开始点起,每五个点标出一个计数点每五个点标出一个计数点,而相邻计数而相邻计数点间的时间间隔为点间的时间间隔为T T=0.1 s.=0.1 s.【例例1】(2008宁夏宁夏22)物理

7、小组在一次探究活物理小组在一次探究活动中测量滑块与木板之间的动摩擦因数动中测量滑块与木板之间的动摩擦因数.实验装置实验装置如图如图2所示所示,一表面粗糙的木板固定在水平桌面上一表面粗糙的木板固定在水平桌面上,一端装有定滑轮一端装有定滑轮;木板上有一滑块木板上有一滑块,其一端与电磁其一端与电磁打点计时器的纸带相连打点计时器的纸带相连,另一端通过跨过定滑轮的另一端通过跨过定滑轮的细线与托盘连接细线与托盘连接.打点计时器使用的交流电源的频打点计时器使用的交流电源的频率为率为50 Hz.开始实验时开始实验时,在托盘中放入适量砝码在托盘中放入适量砝码,滑块开始做匀加速运动滑块开始做匀加速运动,在纸带上打

8、出一系列小点在纸带上打出一系列小点 (1)(1)下图给出的是实验中获取的一条纸带的一部下图给出的是实验中获取的一条纸带的一部分分,0,0、1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6、7 7是计数点是计数点,每相邻两计每相邻两计数点间还有数点间还有4 4个打点个打点(图中未标出图中未标出),),计数点间的距离计数点间的距离如图如图3 3所示所示.根据图中数据计算的加速度根据图中数据计算的加速度a a=(保留三位有效数字保留三位有效数字).).图图3 3 (2)(2)回答下列两个问题回答下列两个问题:为测量动摩擦因数为测量动摩擦因数,下列物理量中还应测量的下列物理量中还应测量的有有 .(.(填

9、入所选物理量前的字母填入所选物理量前的字母)A.A.木板的长度木板的长度l lB.B.木板的质量木板的质量m m1 1C.C.滑块的质量滑块的质量m m2 2D.D.托盘和砝码的总质量托盘和砝码的总质量m m3 3E.E.滑块运动的时间滑块运动的时间t t测量测量中所选定的物理量时需要的实验器材是中所选定的物理量时需要的实验器材是 .(3)(3)滑块与木板间的动摩擦因数滑块与木板间的动摩擦因数=(用被测物用被测物理量的字母表示理量的字母表示,重力加速度为重力加速度为g).g).与真实值相比与真实值相比,测测量的动摩擦因数量的动摩擦因数 (填填“增大增大”或或“偏小偏小”).).写出支持你的看法

10、的一个论据写出支持你的看法的一个论据:.【例例2 2】某学习小组的同学在用打点计时器探究物体某学习小组的同学在用打点计时器探究物体的加速度与物体的质量之间的关系实验中的加速度与物体的质量之间的关系实验中,不改变不改变拉力拉力,只改变物体的质量只改变物体的质量,得到了如下表所示的几得到了如下表所示的几组数据组数据,其中第其中第3 3组数据还未算出加速度组数据还未算出加速度,但对应该但对应该组已打出了纸带组已打出了纸带,如图如图4 4所示所示(长度单位长度单位:cm),:cm),图中图中各点为每各点为每5 5个打点选出的计数点个打点选出的计数点(两计数点间还有两计数点间还有4 4个打点未标出个打点

11、未标出).).图图4 4 实验次数实验次数 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 小车质量小车质量(g)(g)200 200 300 300 400 400 500 500 600 600 700 700 小车加速度小车加速度(m/s(m/s2 2)2.00 2.00 1.33 1.33 0.79 0.79 0.67 0.67 0.40 0.40 小车质量的小车质量的倒数倒数(kg(kg-1-1)5.00 5.00 3.33 3.33 2.50 2.50 2.00 2.00 1.67 1.67 1.00 1.00(1)(1)请由纸带上的数据请由纸带上的数据,计算出缺少的加速度值并填计

12、算出缺少的加速度值并填入表中入表中(小数点后保留两位数小数点后保留两位数).).(2)(2)请在图请在图5 5中建立合适的坐标中建立合适的坐标,将表中各组数据用小将表中各组数据用小黑点描在坐标纸上黑点描在坐标纸上,并作出平滑的图线并作出平滑的图线.(3)(3)由图象得出的结论是由图象得出的结论是:.图图5 5【例例3 3】如图如图6,6,质量为质量为M M的滑块的滑块A A放在气垫导轨放在气垫导轨B B上上,C C为位移传感器为位移传感器,它能将滑块它能将滑块A A到传感器到传感器C C的距离数据的距离数据实时传送到计算机上实时传送到计算机上,经计算机处理后在屏幕上显经计算机处理后在屏幕上显示

13、滑块示滑块A A的位移的位移时间时间(x x-t t)图象和速率图象和速率时间时间(v v-t t)图象图象.整个装置置于高度可调节的斜面上整个装置置于高度可调节的斜面上,斜面的斜面的长度为长度为l l、高度为、高度为h h.(.(取重力加速度取重力加速度g g=9.8 m/s=9.8 m/s2 2,结结果可保留一位有效数字果可保留一位有效数字).).图图6 6(1)(1)现给滑块现给滑块A A一沿气垫导轨向上的初速度一沿气垫导轨向上的初速度,A A的的v v-t t图图线如图线如图7 7所示所示.从图线可得滑块从图线可得滑块A A下滑时的加速度下滑时的加速度a a=m m/s/s2 2,摩擦

14、力对滑块摩擦力对滑块A A运动的影响运动的影响 .(填填“明显明显,不可忽略不可忽略”或或“不明显不明显,可忽略可忽略”)图图 7 7(2)(2)此装置还可用来验证牛顿第二定律此装置还可用来验证牛顿第二定律.实验时通过实验时通过改变改变 ,可验证质量一定时可验证质量一定时,加速度与力成正比加速度与力成正比的关系的关系;通过改变通过改变 ,可验证力一定时可验证力一定时,加速度加速度与质量成反比的关系与质量成反比的关系.(3)(3)将气垫导轨换成滑板将气垫导轨换成滑板,滑块滑块A A换成滑块换成滑块A A,给滑块给滑块A A一沿滑板向上的初速度一沿滑板向上的初速度,A A的的x x-t t图线如图

15、图线如图8 8所示所示.图线不对称是由于图线不对称是由于 造成的造成的,通过图线可求得滑通过图线可求得滑板的倾角板的倾角=(=(用反三角函数表示用反三角函数表示),),滑块与滑板间的滑块与滑板间的动摩擦因数动摩擦因数=.图图 8 8 素能提升素能提升1.1.在在“验证牛顿运动定律验证牛顿运动定律”的实验中的实验中,在研究加速度在研究加速度a a与小车的质量与小车的质量M M的关系时的关系时,由于没有注意始终满足由于没有注意始终满足 M Mm m的条件的条件,结果得到的图象应是下图中的结果得到的图象应是下图中的 ()()2.2.关于验证牛顿运动定律的实验关于验证牛顿运动定律的实验,下列说法中符合

16、实下列说法中符合实 际的是际的是()()A.A.通过同时改变小车的质量通过同时改变小车的质量m m及受到的拉力及受到的拉力F F的研究的研究,能归纳出加速度、力、质量三者之间的关系能归纳出加速度、力、质量三者之间的关系B.B.通过保持小车质量不变通过保持小车质量不变,只改变小车的拉力的研只改变小车的拉力的研 究究,就可以归纳出加速度、力、质量三者之间的就可以归纳出加速度、力、质量三者之间的 关系关系C.C.通过保持小车受力不变通过保持小车受力不变,只改变小车质量的研究只改变小车质量的研究,就可以得出加速度、力、质量三者之间的关系就可以得出加速度、力、质量三者之间的关系D.D.先不改变小车质量先

17、不改变小车质量,研究加速度与力的关系研究加速度与力的关系;再不再不 改变力改变力,研究加速度与质量的关系研究加速度与质量的关系,最后归纳出最后归纳出 加速度、力、质量三者之间的关系加速度、力、质量三者之间的关系5.5.如图如图1010所示的实验装置可以验证牛顿运动定律所示的实验装置可以验证牛顿运动定律,小小车上固定一个盒子车上固定一个盒子,盒子内盛有沙子盒子内盛有沙子.沙桶的总质量沙桶的总质量(包括桶以及桶内沙子质量包括桶以及桶内沙子质量)记为记为m m,小车的总质量小车的总质量(包括车、盒子及盒内沙子质量包括车、盒子及盒内沙子质量)记为记为M M.图图1010(1)(1)验证在质量不变的情况

18、下验证在质量不变的情况下,加速度与合外力成正加速度与合外力成正比比:从盒子中取出一些沙子从盒子中取出一些沙子,装入沙桶中装入沙桶中,称量并记录称量并记录沙桶的总重力沙桶的总重力mgmg,将该力视为合外力将该力视为合外力F F,对应的加速度对应的加速度a a则从打下的纸带中计算得出则从打下的纸带中计算得出.多次改变合外力多次改变合外力F F的大的大小小,每次都会得到一个相应的加速度每次都会得到一个相应的加速度.本次实验中本次实验中,桶桶内的沙子取自小车中内的沙子取自小车中,故系统的总质量不变故系统的总质量不变.以合外以合外力力F F为横轴为横轴,以加速度以加速度a a为纵轴为纵轴,画出画出a a

19、F F图象图象,图象是图象是一条过原点的直线一条过原点的直线.a aF F图象斜率的物理意义是图象斜率的物理意义是.你认为把沙桶的总重力你认为把沙桶的总重力mgmg当作合外力当作合外力F F是否合理？是否合理？答答:.(.(填填“合理合理”或或“不合理不合理”)本次实验中本次实验中,是否应该满足是否应该满足M Mm m这样的条件？这样的条件？答答:(填填“是是”或或“否否”););(2)(2)验证在合外力不变的情况下验证在合外力不变的情况下,加速度与质量成反加速度与质量成反比比:保持桶内沙子质量保持桶内沙子质量m m不变不变,在盒子内添加或去掉一在盒子内添加或去掉一些沙子些沙子,验证加速度与质量的关系验证加速度与质量的关系.本次实验中本次实验中,桶内桶内的沙子总质量不变的沙子总质量不变,故系统所受的合外力不变故系统所受的合外力不变.用图象法处理数据时用图象法处理数据时,以加速度以加速度a a为纵轴为纵轴,应该以应该以倒数为横轴倒数为横轴.