实验 探究加速度与力、质量的关系

第三章·第六节探究应用课后练习自主再现高考调研·新课标高考总复习高三物理（人教版）实验探究加速度与力、质量的关系第三章·第六节探究应用课后练习自主再现高考调研·新课标高考总复习高三物理（人教版）一、实验目的1．学会用控制变量法研究物理规律．2．验证牛顿第二定律．3．掌握利用图象处理数据的方法．自主再现第三章·第六节探究应用课后练习自主再现高考调研·新课标高考总复习高三物理（人教版）二、实验原理1．探究加速度a与力F及质量M的关系时，应用的基本方法是控制变量法，即先控制一个参量——小车的质量M不变，讨论加速度a与力F的关系，再控制砝码和小盘的质量不变，即力F不变，改变小车质量M，讨论加速度a与M的关系．2．实验中需要测量的物理量和测量方法是：小车及砝码的总质量M；用天平测出．小车受到的拉力F认为等于托盘和砝码的总重力mg.小车的加速度a利用纸带根据Δx＝aT2计算．第三章·第六节探究应用课后练习自主再现高考调研·新课标高考总复习高三物理（人教版）三、实验器材打点计时器、纸带、复写纸片、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘、砝码、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平(带有一套砝码)、刻度尺、坐标纸．四、实验步骤1．用天平测出小车和小盘的质量M和M′，把数值记录下来．2．按照如图所示装置把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细线系在小车上(即不给小车加牵引力)．第三章·第六节探究应用课后练习自主再现高考调研·新课标高考总复习高三物理（人教版）3．平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块，反复移动木板的位置，直至小车在斜面上运动时可以保持匀速运动状态，这时小车拖着纸带运动时受到的摩擦力恰好与小车所受重力在斜面方向上的分力平衡．4．把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂小盘，先接通电源再放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列的点．打点完成后切断电源，取下纸带，在纸带上标上纸带号码．第三章·第六节探究应用课后练习自主再现高考调研·新课标高考总复习高三物理（人教版）5．保持小车及车内砝码的质量不变，在小盘内放入质量为m′的砝码，重复步骤4.在小盘内分别放入质量为m″，m，…的砝码，再重复步骤4.m′，m″，m…的数值都要记录在纸带上(或表格内)．6．在每条纸带上都选取一段比较理想的部分，标明计数点，测量计数点间的距离，算出每条纸带上的加速度的值．7．用纵坐标表示加速度，横坐标表示力，根据实验结果在坐标平面上画出相应的点．若这些点在一条直线上，便证明了加速度与作用力成正比．第三章·第六节探究应用课后练习自主再现高考调研·新课标高考总复习高三物理（人教版）8．保持砝码和小盘的质量不变，在小车上依次加砝码(也需作好记录)，重复上述步骤，用纵坐标表示加速度a，横坐标表示小车砝码总质量的倒数，在坐标平面上根据实验结果画出相应的点，如果这些点是在一条直线上，就证明加速度与质量成反比．五、数据处理1．把小车在不同力作用下产生的加速度填在下表中：实验次数加速度a/(m·s－2)小车受力F/N1234第三章·第六节探究应用课后练习自主再现高考调研·新课标高考总复习高三物理（人教版）由以上数据画出它的a－F关系图象如图所示．通过a－F关系图象，我们可以得出小车的加速度a与力F成正比．2．把不同质量的小车在相同力作用下产生的加速度填在下表中：实验次数加速度a/(m·s－2)小车质量M/kg1234第三章·第六节探究应用课后练习自主再现高考调研·新课标高考总复习高三物理（人教版）由以上数据画出它的a－1M图象，如图所示．六、误差分析1．质量的测量误差，纸带上打点计时器打点间隔距离的测量误差，拉线或纸带不与木板平行等都会造成误差．2．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．小盘和砝码的总质量越接近小车的质量，误差就越大；反之，小盘和砝码的总质量越小于小车的质量，误差就越小．第三章·第六节探究应用课后练习自主再现高考调研·新课标高考总复习高三物理（人教版）3．平衡摩擦力不准造成误差在平衡摩擦力时，除了不挂小盘外；其他的都跟正式实验一样(比如要挂好纸带，接通打点计时器)，匀速运动的标志是打点计时器打出的纸带上各点的距离相等．第三章·第六节探究应用课后练习自主再现高考调研·新课标高考总复习高三物理（人教版）【重点提示】小盘及砝码的重力并不等于绳对小车的拉力，因为：对车：FT＝Ma对小盘及砝码：mg－FT＝ma联立解得FT＝mg1＋mM可见，欲使FT≈mg，则必有mM→0，故有m≤M为条件．实验操作中一般保持M20m，否则，系统误差较大．第三章·第六节探究应用课后练习自主再现高考调研·新课标高考总复习高三物理（人教版）七、注意事项1．一定要做好平衡摩擦力的工作，也就是调出一个合适的斜面，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．在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细线系在小车上，即不要给小车加任何牵引力，并要让小车拖着打点的纸带运动．2．实验步骤2、3不需要重复，即整个实验平衡了摩擦力后，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，都不需要重新平衡摩擦力．第三章·第六节探究应用课后练习自主再现高考调研·新课标高考总复习高三物理（人教版）3．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出．只有如此，小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力．4．改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，再放开小车，且应在小车到达滑轮前按住小车．5．作图象时，要使尽可能多的点分布在所作直线上，不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线两侧．6．作图时两轴标度比例要选择适当，各量须采用国际单位，这样作图线时，坐标点间距不至于过密，误差会小些．第三章·第六节探究应用课后练习自主再现高考调研·新课标高考总复习高三物理（人教版）一、实验原理及操作例1在探究加速度与物体所受合外力和质量间的关系时，采用如图所示的实验装置，小车及车中的砝码质量用M表示，盘及盘中的砝码质量用m表示，小车的加速度可由小车后拖动的纸带由打点计时器打上的点计算出：(1)当M与m的大小关系满足________时，才可以认为绳子对小车的拉力大小等于盘和砝码的重力．(2)一组同学在先保持盘及盘中的砝码质量一定，探究加速度与质量的关系，以下做法错误的是()探究应用第三章·第六节探究应用课后练习自主再现高考调研·新课标高考总复习高三物理（人教版）A．平衡摩擦力时，应将盘及盘中的砝码用细绳通过定滑轮系在小车上B．每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力C．实验时，先放开小车，再接通打点计时器电源D．小车运动的加速度可用天平测出m以及小车质量M，直接用公式a＝mg/M求出第三章·第六节探究应用课后练习自主再现高考调研·新课标高考总复习高三物理（人教版）(3)在保持小车及车中的砝码质量M一定，探究加速度与所受合外力的关系时，由于平衡摩擦力时操作不当，二位同学得到的a－F关系，分别如图甲、乙所示(a是小车的加速度、F是细线作用于小车的拉力)，其原因分别是：________.【解析】(1)在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，为了减小系统误差，必须满足m≪M，才可以认为绳子对小车的拉力大小等于盘和砝码的重力．第三章·第六节探究应用课后练习自主再现高考调研·新课标高考总复习高三物理（人教版）(2)平衡摩擦力时，不能将盘及盘中的砝码用细绳通过定滑轮系在小车上，每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力，实验时，先接通打点计时器电源，再放开小车，小车运动的加速度应由打点计时器打出的纸带求出，选项A、C、D错误．(3)甲图当外力F为零时，小车就有加速度了，是因为平衡摩擦力时，长木板的倾角过大了，乙图中对应一段外力F后才有加速度，是因为没有平衡摩擦力或木板的倾角过小．第三章·第六节探究应用课后练习自主再现高考调研·新课标高考总复习高三物理（人教版）二、数据处理与实验结论的得出例2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，不改变拉力，只改变物体的质量，得到了如下表所示的几组数据，其中第3组数据还未算出加速度，但对应该组已打出了纸带，如图甲所示(长度单位：cm)，图中各点为每5个打点选出的计数点(两计数点间还有4个打点未标出)第三章·第六节探究应用课后练习自主再现高考调研·新课标高考总复习高三物理（人教版）(1)请由纸带上的数据，计算出缺少的加速度值并填入表中(小数点后保留两位数)．(2)请在图乙中建立合适的坐标，将表中各组数据用小黑点描在坐标纸上，并作出平滑的图线．第三章·第六节探究应用课后练习自主再现高考调研·新课标高考总复习高三物理（人教版）(3)由图象得出的结论是：________________________________________________________________________第三章·第六节探究应用课后练习自主再现高考调研·新课标高考总复习高三物理（人教版）【解析】(1)由纸带提供的数据，利用逐差法求得加速度a＝OF－OC－OC9T2＝0.2098－0.0603－0.06039×0.12m/s2＝0.99m/s2(2)(3)物体的加速度跟它的质量的倒数成正比，即与质量成反比．第三章·第六节探究应用课后练习自主再现高考调研·新课标高考总复习高三物理（人教版）三、创新实验跟踪训练(2010·山东理综)某同学设计了如图所示的装置来探究加速度与力的关系．弹簧秤固定在一合适的木板上，桌面的右边缘固定一支表面光滑的铅笔以代替定滑轮，细绳的两端分别于弹簧秤的挂钩和矿泉水瓶连接．在桌面上画出两条平行线MN、PQ，并测出间距d．开始时将木板置于MN处，现缓慢向瓶中加水，直到木板刚刚开始运动为止，记下弹簧秤的示数F0，以此表示滑动摩擦力的大小．再将木板放回原处并按住，继续向瓶中加水后，记下弹簧秤的示数F1，然后释放木板，并用秒表记下木板运动到PQ处的时间t.第三章·第六节探究应用课后练习自主再现高考调研·新课标高考总复习高三物理（人教版）(1)木板的加速度可以用d、t表示为a＝________；为了减小测量加速度的偶然误差可以采用的方法是(一种即可)________.(2)改变瓶中水的质量重复实验，确定加速度a与弹簧秤示数F1的关系．下列图像能表示该同学实验结果的是________．第三章·第六节探究应用课后练习自主再现高考调研·新课标高考总复习高三物理（人教版）(3)用加水的方法改变拉力的大小与挂钩码的方法相比，它的优点是________．a．可以改变滑动摩擦力的大小b．可以更方便地获取多组实验数据c．可以比较精确地测出摩擦力的大小d．可以获得更大的加速度以提高实验精度诱思启导(1)该实验研究对象是木板，F1是木块受的合力吗？(2)随着瓶中水的增加，木板的加速度增加得越来越快还是越来越慢？第三章·第六节探究应用课后练习自主再现高考调研·新课标高考总复习高三物理（人教版）【解析】本题考查探究加速度与力的关系的实验，意在考查考生对新颖实验情景的把握和理解，也考查了考生的实验能力、分析能力和综合运用所学知识的能力．(1)由d＝12at2得a＝2dt2.(2)由牛顿第二定律可得F1－F0＝ma，解得a＝F1/m－F0/m，此实验要求水的质量必须远远小于木板质量，当矿泉水瓶中水的质量逐渐增大到一定量后，图象将向下弯曲，所以能够表示该同学实验结果的图象是图c.(3)由于水的质量可以几乎连续变化，所以可以比较精确地测出摩擦力的大小，可以方便地获取多组实验数据，所以选项bc正确．【答案】(1)增大d，水的质量要比木板质量小得多(2)c(3)bc2dt2第三章·第六节探究应用课后练习自主再现高考调研·新课标高考总复习高三物理（人教版）课后练习