人教版 (2019)必修 第一册2 实验：探究加速度与力、质量的关系教课内容ppt课件

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实验原理1．实验方法(控制变量法)(1)保持研究对象即小车的质量不变，通过改变悬挂槽码的个数改变小车所受的拉力，测出小车的对应加速度，验证加速度是否与作用力成正比。(2)保持悬挂槽码的个数不变，即保持作用力不变，改变研究对象即小车的质量，测出小车的对应加速度，验证加速度是否与质量成反比。
(2)实验数据的处理——图像法、“化曲为直”法。①研究加速度a和力F的关系。以加速度a为纵坐标，力F为横坐标，根据测量数据描点，然后作出图像，如图甲所示。若图像是一条通过原点倾斜的直线，则说明a与F成正比。
实验器材小车、砝码、槽码、细绳、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。实验步骤与数据处理(1)用天平测出小车的质量M，并把数值记录下来。(2)按如图所示的装置把实验器材安装好(小车上先不系绳)。
(3)平衡摩擦力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫一木块，反复移动木块位置，直到使小车在不受牵引时能拖动纸带沿木板保持匀速直线运动为止(纸带上相邻点间距相等)。(4)在细绳末端悬挂一个槽码，用细绳绕过定滑轮系在小车上，在小车上加放适量的砝码，用天平测出槽码的质量m，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，并设计表格如下。
误差分析1．系统误差本实验用槽码的重力mg代替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于槽码的重力。槽码的质量越接近于小车的质量，误差越大；反之，槽码的质量越小于小车的质量，由此引起的误差就越小。因此，满足槽码的质量远小于小车的质量的目的就是为了减小因实验原理不完善而引起的误差。2．偶然误差摩擦力平衡不准确、质量测量不准确、计数点间距测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差。
注意事项(1)打点前小车应靠近打点计时器，且应先接通电源后释放小车。(2)在平衡摩擦力时，不需要悬挂槽码，但小车应连接纸带且接通电源。用手轻轻地给小车一个初速度，如果在纸带上打出的点迹间隔均匀，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。(3)改变悬挂槽码的个数的过程中，要始终保证槽码的总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对称分布在直线的两侧，但若遇到个别偏离较远的点可舍去。
创新实验观摩用气垫导轨探究加速度与力、质量的关系
(一)实验原理与操作典例1　在研究作用力F一定时，小车的加速度a与小车(含砝码)质量M的关系的实验中，某同学安装的实验装置和设计的实验步骤如下：A．用天平称出小车和槽码的质量B．按图安装好实验器材C．把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂槽码D．将电磁打点计时器接在6 V电压的蓄电池上，接通电源，释放小车，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
E．保持槽码的质量不变，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F．分析每条纸带，测量并计算出加速度的值G．作a-M关系图像，并由图像确定a与M的关系(1)请改正实验装置图中的错误。①电磁打点计时器位置___________________________________________________________________________________________________________________；②小车位置____________________________________________________________________________________________________________________________；③滑轮位置______________________________________________________________________________________________________________________________。
(2)该同学漏掉的重要实验步骤是_______，该步骤应排在步骤________之后。(3)在上述步骤中，有错误的是步骤______，应把____________改为______。(4)在上述步骤中，处理不恰当的是步骤______，应把_______改为________。[解析]　(1)①电磁打点计时器应固定在长木板无滑轮的一端，且应靠近右端；②释放小车时，小车应靠近打点计时器；③连接小车的细绳应平行于木板，故应调节滑轮位置使细绳平行于木板。(2)实验时应平衡摩擦力，使小车所受重力沿木板方向的分力与小车所受摩擦力平衡，故应垫高长木板右端以平衡摩擦力。实验中把槽码的重力看成与小车所受拉力大小相等，没有考虑摩擦力，故必须平衡摩擦力且应排在步骤B之后。
[微点拨]实验操作的注意事项(1)两个重要条件：①平衡摩擦力；②使m≪M。(2)连接装置时：①打点计时器要固定在长木板远离滑轮的一端。②调节定滑轮，使拉小车的细绳与长木板平行。③实验时要将小车靠近打点计时器，先接通电源后释放小车。　　　　
[对点训练]1．用如图所示装置做“探究加速度与力、质量的关系”的实验，在平衡摩擦力的过程中，下列操作正确的是 (　　)A．移动木块，使挂砂桶的小车在斜面上匀速运动B．移动木块，使不挂砂桶的小车在斜面上匀速运动C．移动木块，使挂砂桶的小车在斜面上静止D．移动木块，使不挂砂桶的小车在斜面上静止答案：B
(二)数据处理和误差分析典例2　某同学设计了一个探究加速度a与物体所受合力F及质量m的关系的实验，图甲为实验装置简图。(1)图乙为某次实验得到的纸带，根据纸带可求出小车的加速度大小为________ m/s2(保留两位有效数字，交流电的频率为50 Hz)。
(3)保持小车质量不变，改变槽码质量，该同学根据实验数据作出了加速度a随合力F变化的图线，如图丁所示。该图线不通过原点，请你分析其主要原因是______________________________________________________________________________________________________________________________________。
[解题指导]　解答本题时可按以下思路分析：
(3)由题图可分析，当加速度a为零时，拉力F并不为零，说明实验前没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不足。
[对点训练]2．(2021·北京等级考)物理实验一般都涉及实验目的、实验原理、实验仪器、实验方法、实验操作、数据分析等。例如：(1)实验仪器。用游标卡尺测某金属管的内径，示数如图甲所示。则该金属管的内径为________mm。(2)数据分析。打点计时器在随物体做匀变速直线运动的纸带上打点，其中一部分如图乙所示，B、C、D为纸带上标出的连续3个计数点，相邻计数点之间还有4个计时点没有标出。打点计时器接在频率为50 Hz的交流电源上。则打C点时，纸带运动的速度vC＝________m/s(结果保留小数点后两位)。
(3)实验原理。图丙为“探究加速度与力的关系”的实验装置示意图。认为桶和砂所受的重力等于使小车做匀加速直线运动的合力。实验中平衡了摩擦力后，要求桶和砂的总质量m比小车质量M小得多。请分析说明这个要求的理由。
答案：(1)31.4　(2)0.44　(3)见解析
创新点(一)　实验原理、实验器材的创新 1．在“探究加速度与力、质量的关系”实验中：(1)若采用如图甲、图乙所示的实验装置与方案，通过黑板擦控制两小车的起动与停止，将测量两车的加速度转换为测量两车的位移。实验中不需要测量的物理量是______(填字母代号)。
A．小车运动的时间B．小车通过的位移C．盘和盘中重物的总质量D．车和车上重物的总质量(2)在用DIS“研究小车加速度与力的关系”实验时，所用实验装置如图丙所示，重物通过细线跨过滑轮拉相同质量小车，用位移传感器测定位移，用力传感器测得拉力F，改变重物的重力重复实验多次，记录多组数据，并画出a-F图像。
①该实验中，________(选填“需要”或“不需要”)满足“小车的质量远大于重物的质量”的条件。②符合该实验方案得出的实验图像应是图丁中的________(填字母代号)。
答案：(1)A　(2)①不需要　②B
创新点(二)　实验器材、数据处理的创新2．某同学利用如图所示装置做“探究加速度与物体所受合力的关系”的实验。在气垫导轨上安装了两个光电门1、2，滑块上固定一遮光条，滑块通过绕过两个滑轮的细绳与弹簧秤相连，实验时改变钩码的质量，读出弹簧秤的不同示数F，不计细绳与滑轮之间的摩擦力。
(1)根据实验原理图，本实验__________(选填“需要”或“不需要”)将带滑轮的气垫导轨右端垫高，以平衡摩擦力；实验中__________(选填“一定要”或“不必要”)保证钩码的质量远小于滑块和遮光条的总质量；实验中__________(选填“一定要”或“不必要”)用天平测出所挂钩码的质量；滑块(含遮光条)的加速度__________(选填“大于”“等于”或“小于”)钩码的加速度。
(2)某同学实验时，未挂细绳和钩码，接通气源，推一下滑块使其从轨道右端向左运动，发现遮光条通过光电门2的时间大于通过光电门1的时间，该同学疏忽大意，未采取措施调节导轨，继续进行其他实验步骤(其他实验步骤没有失误)，则该同学作出的滑块(含遮光条)加速度a与弹簧秤拉力F的图像可能是__________(填图像下方的字母)。(3)若该同学作出的a-F图像中图线的斜率为k，则滑块(含遮光条)的质量为_____。