高中物理人教版 (2019)必修 第一册2 实验：探究加速度与力、质量的关系教学演示ppt课件

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必备知识·自主预习储备
类型一　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：
探究重构·关键能力达成
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．把细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，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)实验时应平衡阻力，使小车所受重力沿木板方向的分力与小车所受阻力平衡，故应垫高长木板右端以平衡阻力。实验中把槽码的重力看成与小车所受拉力大小相等，没有考虑阻力，故必须平衡阻力且应排在步骤B之后。
类型二　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，改变槽码个数，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，其主要原因是__________________________________________。
[思路点拨]　解答本题时可按以下思路分析：
实验前没有平衡阻力或者平衡阻力不足
(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阻力或者平衡阻力不足。
类型三　创新实验设计【典例3】　(2022·山东卷)在天宫课堂中，我国航天员演示了利用牛顿第二定律测量物体质量的实验。受此启发，某同学利用气垫导轨、力传感器、无线加速度传感器、轻弹簧和待测物体等器材设计了测量物体质量的实验，如图甲所示。主要步骤如下：①将力传感器固定在气垫导轨左端支架上，加速度传感器固定在滑块上；②接通气源，放上滑块，调平气垫导轨；
③将弹簧左端连接力传感器，右端连接滑块。弹簧处于原长时滑块左端位于O点。A点到O点的距离为5.00 cm，拉动滑块使其左端处于A点，由静止释放并开始计时；④计算机采集获取数据，得到滑块所受弹力F、加速度a随时间t变化的图像，部分图像如图乙所示。
回答以下问题(结果均保留两位有效数字)：(1)弹簧的劲度系数为_____ N/m。(2)该同学从图乙中提取某些时刻F与a的数据，画出a-F图像如图丙中Ⅰ所示，由此可得滑块与加速度传感器的总质量为________ kg。(3)该同学在滑块上增加待测物体，重复上述实验步骤，在图丙中画出新的a-F图像Ⅱ，则待测物体的质量为________ kg。
[答案]　(1)12　(2) 0.20　(3)0.13
1．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，渗透了研究问题的多种科学方法。(1)实验环境的等效法：___________________________________；(2)实验条件设计的科学方法：_____________________________；(3)实验原理的简化：________，即当小车质量m车≫m槽码时，细绳对小车的拉力大小近似等于槽码的重力；(4)实验数据处理的科学方法：____________________________；
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2．用斜面、小车、砝码等器材做探究加速度与力、质量关系的实验。如图所示为实验中的一条打点纸带，相邻计数点间的时间间隔为T，且间距x1，x2，x3，…x6已量出。
(1)根据给出的信息，写出加速度的几种表达式：_____________________________________________。(2)实验中要对砝码质量m和小车质量m车进行选取，以下最合理的一组是_____。A．m车＝200 g，m＝10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 gB．m车＝200 g，m＝20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 gC．m车＝400 g，m＝10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 gD．m车＝400 g，m＝20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g
3．某实验小组设计了如图甲所示的实验装置“探究加速度和力的关系”。实验装置主要部件为位移传感器的发射器和接收器，分别固定在轨道右端和小车上；通过传感器测定两者间位移变化，从而测出小车的加速度。
(1)在该实验中采用的方法是___________。保持小车的总质量不变，用钩码所受的重力作为小车所受拉力，用传感器测小车的加速度。通过改变钩码的数量，多次重复测量，可得小车运动的加速度a和所受拉力F的关系图像。该实验小组在轨道水平和倾斜的两种情况下分别做了实验，得到了两条a-F图线，如图乙所示，可知在轨道右侧抬高成为斜面情况下得到的图线是________(选填“①”或“②”)。
(2)随着钩码的数量逐渐增多，图乙中的图线明显偏离直线，造成此误差的主要原因是________。A．小车与轨道之间存在摩擦B．导轨保持了水平状态C．所挂钩码的总质量太大D．所用小车的质量太大
4．某同学设计了如图所示的装置，利用刻度尺、秒表、轻绳、轻滑轮、轨道、滑块、托盘和砝码等器材来测定滑块和轨道间的动摩擦因数μ。滑块和托盘上分别放有若干砝码，滑块质量为M，滑块上砝码总质量为m′，托盘和盘中砝码的总质量为m。实验中，滑块在水平轨道上从A到B做初速度为零的匀加速直线运动，重力加速度g取10 m/s2。
(3)实验得到a与m的关系如图所示，由此可知μ＝______________________________(取两位有效数字)。
5．(2021·湖南卷)某实验小组利用图甲所示装置探究加速度与物体所受合外力的关系。主要实验步骤如下：
(1)用游标卡尺测量垫块厚度h，示数如图乙所示，h＝_____ cm；(2)接通气泵，将滑块轻放在气垫导轨上，调节导轨至水平；(3)在右支点下放一垫块，改变气垫导轨的倾斜角度；(4)在气垫导轨合适位置释放滑块，记录垫块个数n和滑块对应的加速度a；
(5)在右支点下增加垫块个数(垫块完全相同)，重复步骤(4)，记录数据如下表：
根据表中数据在图丙上描点，绘制图线。
如果表中缺少的第4组数据是正确的，其应该是________ m/s2(保留三位有效数字)。