05 實(shí)驗(yàn)四 探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系 【正文】聽(tīng)課手冊(cè)_第1頁(yè)
05 實(shí)驗(yàn)四 探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系 【正文】聽(tīng)課手冊(cè)_第2頁(yè)
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文檔簡(jiǎn)介

實(shí)驗(yàn)四探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.探究同一個(gè)物體在受到不同力的作用時(shí),加速度與受力的定量關(guān)系.2.探究同一個(gè)力作用在不同質(zhì)量的物體上時(shí),加速度與物體質(zhì)量的定量關(guān)系.二、實(shí)驗(yàn)原理1.保持小車(chē)質(zhì)量不變,通過(guò)改變槽碼的個(gè)數(shù)改變小車(chē)所受的拉力,探究加速度與拉力的定量關(guān)系.2.保持小車(chē)所受的拉力不變,通過(guò)在小車(chē)上增加重物改變小車(chē)的質(zhì)量,探究加速度與質(zhì)量的定量關(guān)系.三、實(shí)驗(yàn)器材打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、復(fù)寫(xiě)紙片、小車(chē)、一端附有定滑輪的長(zhǎng)木板、槽碼(若干個(gè))、夾子、細(xì)繩、墊木、低壓交流電源、導(dǎo)線(xiàn)、天平(帶有一套砝碼)、刻度尺.四、實(shí)驗(yàn)步驟1.稱(chēng)量質(zhì)量——用天平測(cè)量小車(chē)的質(zhì)量M0.2.安裝器材——按照如圖所示裝置把實(shí)驗(yàn)器材安裝好,只是不把懸掛槽碼的細(xì)繩系在小車(chē)上(即不給小車(chē)牽引力).3.平衡阻力——在長(zhǎng)木板不帶定滑輪的一端下面墊上一塊墊木,反復(fù)移動(dòng)墊木的位置,直至小車(chē)在木板上運(yùn)動(dòng)時(shí)可以保持勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài).4.讓小車(chē)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,掛上槽碼,先接通電源,再讓小車(chē)拖著紙帶在木板上勻加速下滑,打出一條紙帶.計(jì)算槽碼的重力,即為小車(chē)所受的合力,由紙帶計(jì)算出小車(chē)的加速度,并把力和對(duì)應(yīng)的加速度填入表1中.5.改變槽碼的質(zhì)量,重復(fù)步驟4,并多做幾次.6.保持槽碼的質(zhì)量不變,在小車(chē)上放上砝碼以改變小車(chē)的質(zhì)量,讓小車(chē)在木板上運(yùn)動(dòng),打出紙帶.計(jì)算出小車(chē)上砝碼和小車(chē)的總質(zhì)量M,并由紙帶計(jì)算出小車(chē)對(duì)應(yīng)的加速度,將所對(duì)應(yīng)的質(zhì)量和加速度填入表2中.7.改變小車(chē)上砝碼的個(gè)數(shù),重復(fù)步驟6,并多做幾次.表1小車(chē)質(zhì)量一定拉力F加速度a表2小車(chē)所受的拉力一定質(zhì)量M加速度a五、數(shù)據(jù)處理1.計(jì)算加速度——先在各條紙帶上標(biāo)明計(jì)數(shù)點(diǎn),測(cè)量各計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離,再根據(jù)逐差法計(jì)算紙帶對(duì)應(yīng)的加速度.2.作圖像找關(guān)系——根據(jù)表1中記錄的各組對(duì)應(yīng)的加速度a與小車(chē)所受牽引力F,建立直角坐標(biāo)系,描點(diǎn)畫(huà)a-F圖像,如果圖像是一條過(guò)原點(diǎn)的傾斜直線(xiàn),便證明加速度與合力成正比.再根據(jù)表2中記錄的各組對(duì)應(yīng)的加速度a與小車(chē)和小車(chē)上砝碼的總質(zhì)量M,建立直角坐標(biāo)系,描點(diǎn)畫(huà)a-1M圖像,如果圖像是一條過(guò)原點(diǎn)的傾斜直線(xiàn),就證明了加速度與質(zhì)量成反比六、誤差分析1.因?qū)嶒?yàn)原理不完善引起誤差.以槽碼(槽碼質(zhì)量為m)為研究對(duì)象得mg-F=ma;以小車(chē)和小車(chē)上砝碼整體(整體質(zhì)量為M=M0+m砝)為研究對(duì)象得F=Ma;求得F=MM+m·mg=11+mM·2.阻力平衡不準(zhǔn)確造成誤差.3.質(zhì)量的測(cè)量、紙帶上打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)間隔距離的測(cè)量、細(xì)繩或紙帶不與木板平行等都會(huì)引起誤差.七、注意事項(xiàng)1.平衡阻力:在平衡阻力時(shí),不要把懸掛槽碼的細(xì)繩系在小車(chē)上.2.不重復(fù)平衡阻力:平衡了阻力后,不管以后是改變槽碼的質(zhì)量還是改變小車(chē)和小車(chē)上砝碼的總質(zhì)量,都不需要重新平衡阻力.3.一先一后一按住:改變拉力或小車(chē)質(zhì)量后,每次實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)小車(chē)應(yīng)盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,并應(yīng)先接通電源,后放開(kāi)小車(chē),且應(yīng)在小車(chē)到達(dá)定滑輪前按住小車(chē).4.作圖:作圖時(shí),兩坐標(biāo)軸單位長(zhǎng)度的比例要適當(dāng),要使盡可能多的點(diǎn)落在所作直線(xiàn)上,不在直線(xiàn)上的點(diǎn)應(yīng)盡可能均勻地分布在所作直線(xiàn)兩側(cè).例1[2024·甘肅卷]用圖甲所示實(shí)驗(yàn)裝置探究外力一定時(shí)加速度與質(zhì)量的關(guān)系.(1)以下操作正確的是.

A.使小車(chē)質(zhì)量遠(yuǎn)小于槽碼質(zhì)量B.調(diào)整墊塊位置以平衡阻力C.平衡阻力時(shí)移去打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶D.釋放小車(chē)后立即打開(kāi)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(2)保持槽碼質(zhì)量不變,改變小車(chē)上砝碼的質(zhì)量,得到一系列打點(diǎn)紙帶.其中一條紙帶的計(jì)數(shù)點(diǎn)如圖乙所示,相鄰兩點(diǎn)之間的距離分別為S1,S2,…,S8,時(shí)間間隔均為T(mén).下列加速度算式中,最優(yōu)的是.

A.a=17S8-S7T2+S7-S6TB.a=16S8-S62T2+S7-C.a=15S8-S53T2+SD.a=14S8-S44T2(3)以小車(chē)和砝碼的總質(zhì)量M為橫坐標(biāo),加速度的倒數(shù)1a為縱坐標(biāo),甲、乙兩組同學(xué)分別得到的1a-M由圖可知,在所受外力一定的條件下,a與M成(選填“正比”或“反比”);甲組所用的(選填“小車(chē)”“砝碼”或“槽碼”)質(zhì)量比乙組的更大.

例2[2024·福建廈門(mén)一中模擬]某實(shí)驗(yàn)小組做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示.(1)為較準(zhǔn)確地完成實(shí)驗(yàn),下列操作正確的是.

A.實(shí)驗(yàn)通過(guò)力傳感器測(cè)量細(xì)線(xiàn)拉力,故不需要平衡阻力B.調(diào)節(jié)滑輪的高度,使?fàn)恳匚锏募?xì)線(xiàn)與長(zhǎng)木板保持平行C.為減小誤差,實(shí)驗(yàn)中探究力與小車(chē)加速度關(guān)系時(shí)一定要保證重物質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于小車(chē)的質(zhì)量D.實(shí)驗(yàn)時(shí)小車(chē)應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,先接通電源再釋放小車(chē)(2)已知電源頻率為50Hz,實(shí)驗(yàn)中打出的某條紙帶如圖乙所示,則重物下落的加速度a=m/s2(結(jié)果保留2位有效數(shù)字).

(3)若保持重物和傳感器的總質(zhì)量m不變,在小車(chē)上放置砝碼改變小車(chē)質(zhì)量,測(cè)出小車(chē)和車(chē)上砝碼的總質(zhì)量M和對(duì)應(yīng)的加速度a,根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分別作出a-1M圖像與M-1a圖像如圖丙、丁所示,則如圖丙中實(shí)線(xiàn)所示的a-1M圖線(xiàn)偏離直線(xiàn)的主要原因是;若已平衡阻力,但圖丁中圖線(xiàn)仍不過(guò)原點(diǎn),則圖線(xiàn)的延長(zhǎng)線(xiàn)與縱軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)值為((4)另一小組的同學(xué)采用如圖戊所示裝置,兩個(gè)小組實(shí)驗(yàn)時(shí)使用的小車(chē)完全相同,力傳感器示數(shù)均為F,他們根據(jù)多組數(shù)據(jù)作出的a-F圖線(xiàn)分別如圖己中A、B所示,則圖戊實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)應(yīng)的圖線(xiàn)是圖己中的(選填“A”或“B”).

【技法點(diǎn)撥】數(shù)據(jù)處理中圖線(xiàn)的分析(1)a-F圖線(xiàn)分析:“探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)得到的a-F圖像應(yīng)是一條過(guò)原點(diǎn)的直線(xiàn),但由于實(shí)驗(yàn)誤差影響,常出現(xiàn)如圖所示的三種情況(說(shuō)明見(jiàn)下表).圖線(xiàn)特征產(chǎn)生原因①圖線(xiàn)的上部彎曲當(dāng)小車(chē)受力F較大時(shí),不滿(mǎn)足“盤(pán)和重物的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車(chē)和車(chē)上砝碼的總質(zhì)量”的條件②圖線(xiàn)在a軸的截距大于0平衡摩擦力時(shí)長(zhǎng)木板的傾角過(guò)大,F=0(即不掛盤(pán)和重物)時(shí)小車(chē)就具有了加速度③圖線(xiàn)在F軸的截距大于0平衡摩擦力時(shí)長(zhǎng)木板的傾角過(guò)小,或未平衡摩擦力.只有當(dāng)F增加到一定值時(shí),小車(chē)才獲得加速度(2)a-1M“探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中,a-M圖像是雙曲線(xiàn),不易確認(rèn),因此應(yīng)作a-1M圖像,該圖像為一條過(guò)原點(diǎn)的直線(xiàn)創(chuàng)新角度實(shí)驗(yàn)裝置圖創(chuàng)新解讀實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新(1)應(yīng)用光電門(mén)測(cè)速度計(jì)算加速度替代紙帶處理(2)利用a-F圖像分析問(wèn)題實(shí)驗(yàn)原理的創(chuàng)新(1)7個(gè)槽碼拉時(shí)處于初始平衡,減小槽碼的重力充當(dāng)小車(chē)的合力,將合力大小轉(zhuǎn)化為槽碼的個(gè)數(shù)(2)利用1n-1實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡膭?chuàng)新(1)研究對(duì)象由滑塊轉(zhuǎn)變?yōu)椤盎瑝K與鉤碼”組成的系統(tǒng)(2)利用1M-1考向一實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新例3[2024·江西卷]某小組探究物體加速度與其所受合外力的關(guān)系.實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示,水平軌道上安裝兩個(gè)光電門(mén),小車(chē)上固定一遮光片,細(xì)線(xiàn)一端與小車(chē)連接,另一端跨過(guò)定滑輪掛上鉤碼.(1)實(shí)驗(yàn)前調(diào)節(jié)軌道右端滑輪高度,使細(xì)線(xiàn)與軌道平行,再適當(dāng)墊高軌道左端以平衡小車(chē)所受摩擦力.(2)小車(chē)的質(zhì)量為M1=320g.利用光電門(mén)系統(tǒng)測(cè)出不同鉤碼質(zhì)量m時(shí)小車(chē)加速度a.鉤碼所受重力記為F,作出a-F圖像,如圖2中圖線(xiàn)甲所示.(3)由圖線(xiàn)甲可知,F較小時(shí),a與F成正比;F較大時(shí),a與F不成正比.為了進(jìn)一步探究,將小車(chē)的質(zhì)量增加至M2=470g,重復(fù)步驟(2)的測(cè)量過(guò)程,作出a-F像,如圖2中圖線(xiàn)乙所示.(4)與圖線(xiàn)甲相比,圖線(xiàn)乙的線(xiàn)性區(qū)間,非線(xiàn)性區(qū)間.再將小車(chē)的質(zhì)量增加至M3=720g,重復(fù)步驟(2)的測(cè)量過(guò)程,記錄鉤碼所受重力F與小車(chē)加速度a,如下表所示(表中第9~14組數(shù)據(jù)未列出).

序號(hào)12345鉤碼所受重力F/(9.8N)0.0200.0400.0600.0800.100小車(chē)加速度a/(m·s-2)0.260.550.821.081.36序號(hào)6789~1415鉤碼所受重力F/(9.8N)0.1200.1400.160…0.300小車(chē)加速度a/(m·s-2)1.671.952.20…3.92(5)請(qǐng)?jiān)趫D2中補(bǔ)充描出第6至8三個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn),并補(bǔ)充完成圖線(xiàn)丙.(6)根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果猜想和推斷:小車(chē)的質(zhì)量時(shí),a與F成正比.結(jié)合所學(xué)知識(shí)對(duì)上述推斷進(jìn)行解釋:

.

[反思感悟]

考向二實(shí)驗(yàn)原理的創(chuàng)新例4[2024·山東青島模擬]請(qǐng)使用下列器材測(cè)量小車(chē)質(zhì)量M:小車(chē)、一端帶有定滑輪的平直軌道、墊塊、細(xì)線(xiàn)、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、頻率為50Hz的交流電源、直尺、質(zhì)量均為m=10g的7個(gè)槽碼.(忽略一切摩擦)(1)完成下列實(shí)驗(yàn)步驟中的填空:①按圖甲安裝好實(shí)驗(yàn)器材,跨過(guò)定滑輪的細(xì)線(xiàn)一端連接在小車(chē)上,另一端懸掛著7個(gè)槽碼.改變軌道的傾角,用手輕撥小車(chē),直到打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出一系列的點(diǎn),表明小車(chē)沿傾斜軌道勻速下滑;

②保持軌道傾角不變,取下1個(gè)槽碼(即細(xì)線(xiàn)下端懸掛6個(gè)槽碼),讓小車(chē)拖著紙帶沿軌道下滑,根據(jù)紙帶上打的點(diǎn)跡測(cè)出加速度a;③依次減少細(xì)線(xiàn)下端懸掛的槽碼數(shù)量,重復(fù)步驟②;④以取下槽碼的總個(gè)數(shù)n(1≤n≤7)的倒數(shù)1n為縱坐標(biāo),1a為橫坐標(biāo),作出1n-(2)已知重力加速度大小g取9.80m/s2,計(jì)算結(jié)果均保留三位有效數(shù)字,請(qǐng)完成下列填空:①下列說(shuō)法正確的是;

A.接通電源后,再將小車(chē)從靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處釋放B.小車(chē)下滑時(shí),位于定滑輪和小車(chē)之間的細(xì)線(xiàn)應(yīng)始終跟傾斜軌道保持平行C.實(shí)驗(yàn)中必須保證細(xì)線(xiàn)下端懸掛槽碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車(chē)的質(zhì)量D.若細(xì)線(xiàn)下端懸掛著2個(gè)槽碼,則小車(chē)在下滑過(guò)程中受到的合外力大小為5mg②若某次實(shí)驗(yàn)獲得如圖乙所示的紙帶,已知相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間均有4個(gè)點(diǎn)未畫(huà)出,則加速度大小a=m/s2;在打“7”點(diǎn)時(shí)小車(chē)的速度大小v7=m/s;

③1n隨1a變化的關(guān)系式為(用M,m,g,a,n④測(cè)得1n-1a關(guān)系圖線(xiàn)的斜率為0.20m/s2,則小車(chē)質(zhì)量M=[反思感悟]

考向三實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡膭?chuàng)新例5[2024·河北滄州模擬]某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置,該裝置既可以驗(yàn)證牛頓第二定律,也可以測(cè)量凹形滑塊的質(zhì)量與當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?實(shí)驗(yàn)器材有加速度傳感器、質(zhì)量已知的鉤碼、木板(左端帶定滑輪)、輕質(zhì)細(xì)線(xiàn).實(shí)驗(yàn)步驟如下:①調(diào)節(jié)滑輪使細(xì)線(xiàn)與木板平行,然后調(diào)整木板的傾角來(lái)平衡木板對(duì)滑塊的摩擦力;②掛上鉤碼,由靜止釋放滑塊,記錄加速度傳感器的示數(shù)以及相應(yīng)的鉤碼質(zhì)量;③改變懸掛鉤碼的個(gè)數(shù),重復(fù)步驟②,

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