人教版 (新课标)2 实验：探究加速度与力、质量的关系课文内容课件ppt

这是一份人教版 (新课标)2 实验：探究加速度与力、质量的关系课文内容课件ppt，共59页。PPT课件主要包含了实验必备·自主学习，控制变量法，a­F，电磁打点计时器，毫米刻度，增减槽码，小车上增减槽码，一端垫高，所受摩擦力及其他阻力，槽码的重力等内容，欢迎下载使用。

一、实验目的1．学会用_________研究物理规律。2．会测量加速度、力和质量，能作出物体运动的___、______图象。3．会通过实验探究加速度与力、质量的定量关系。二、实验器材_____________、纸带、复写纸、小车、薄垫片、____________________、槽码、夹子、细绳、低压____电源、导线、天平(带有一套砝码)、__________。
一端附有定滑轮的长木板
【思考·讨论】薄垫片作用是什么？提示：用来平衡摩擦力的。
三、实验原理与设计1．实验的基本思想——控制变量法：(1)变量的控制要求：在物理实验中，要注意控制实验过程中的不同变量。(2)设计思路：①若讨论加速度与受力的关系，应控制____不变。②若讨论加速度与物体质量的关系，应控制____不变。
(3)实验思想的拓展。这种控制一些物理量不变，先分别研究待测量与其中一个物理量的关系，再综合解决问题的控制变量法，被广泛应用于科学研究中。
2．实验原理：(1)保持小车质量M不变。通过________的方式改变作用于小车的力 F，测出小车相应的加速度a，则可得a与F的关系。(2)保持拉力F不变。通过在_____________的方式改变小车的质量M，测出相应的加速度a，则可得a与M的关系。
3．实验设计——三个物理量的测量方法：(1)拉力的测量。①平衡小车所受阻力。a．将木板________。b．使小车不挂重物时能____运动。c．这种情况下， 小车重力沿斜面的分力恰好抵消其__________________。②使小车所受拉力等于_________。只有所挂槽码的质量远小于小车的质量时，才可近似认为槽码的重力等于对小车的拉力，即F≈mg。
(2)研究对象质量的测量。①利用天平测出小车的质量。②为了改变小车质量，可在小车中________。(3)加速度的测量。①原理：放在长木板上的小车在拉力的作用下做匀加速直线运动，即Δx＝___。②应用刻度尺测量计数点之间的距离。 ③利用______计算对应加速度大小。
【实验步骤】1．安装实验器材：将小车置于带有定滑轮的木板上，将纸带穿过打点计时器后挂在小车尾部。2．平衡摩擦力：用薄垫片将木板一端垫高，调整其倾斜程度，直到小车运动时打点计时器在纸带上打出的点分布均匀为止。3．悬挂槽码：在细线一端挂上槽码，另一端通过定滑轮系在小车前端。
4．收集纸带数据：将小车靠近打点计时器后开启打点计时器，并让小车由静止释放。打点计时器在纸带上打出一系列点，据此计算出小车的加速度。5．改变小车受力：(1)保持小车的质量不变，通过增加槽码的数量，增加槽码的总质量(总质量仍远小于小车质量)。(2)重复步骤4，多做几次实验，并记录好相应纸带的编号及所挂槽码的总重力m2g、m3g……
6．改变小车质量：(1)保持槽码(小车所受的拉力)不变，通过增加或减少小车上的槽码的方式，改变小车的质量，接通电源后放开小车，用纸带记录小车的运动情况。取下纸带，并在纸带上标上号码及小车和车上槽码的总质量M。(2)继续在小车上增加槽码，重复步骤6，多做几次实验，在每次实验得到的纸带上标上号码及小车和车上槽码的总质量M2、M3……
【思考·讨论】实验过程中哪些操作是为了保证小车所受合外力等于槽码的重力？提示：①平衡摩擦力；②使细线与长木板平行；③槽码的质量远小于小车的质量。
【数据收集与分析】 1．列F、a数据收集表：把小车在不同力作用下产生的加速度填在表中：
2.作a­F图象的方法：以a为纵坐标、F为横坐标，根据数据作a­F 图象，用直线拟合测量点，找出规律，分析a与F的关系。
【误差分析 】1．实验原理不完善造成系统误差：(1)产生原因：实验中用槽码的重力代替小车受到的拉力(实际上小车受到的拉力要小于槽码的重力)，存在系统误差。(2)槽码质量对误差大小的影响：①定量分析：说明：此分析可结合牛顿第二定律内容理解，设小车的质量为M，槽码的质量为m，两者一起运动时加速度为a，以小车和槽码为研究对象，将它们看作一个整体，根据实验结论可得mg＝(M ＋ m)a
2．测量、操作不够准确造成偶然误差：(1)质量的测量误差。(2)纸带上打点计时器打点间隔距离的测量误差。(3)拉线或纸带不与木板平行会造成误差。(4)平衡摩擦力不够(或过度)造成的误差，该误差使作出的图线在横轴(或纵轴)上产生截距。
【思考·讨论】请从改进实验器材的角度，讨论改进测量小车所受拉力的方法，减小实验的系统误差。提示：为了减小由于小车所受拉力而产生的系统误差，可将力传感器和位移传感器的发射器装在运动的小车上，将接收器装在小车运动轨道的末端，并通过数据采集器输入计算机，就可以测出小车所受的拉力。
(1)打点计时器使用的电源是__________(选填选项前的字母)。A．直流电源　　　　B．交流电源
(2)实验中，需要平衡摩擦力和其他阻力。正确操作方法是__________(选填选项前的字母)。A．把长木板右端垫高 B．改变小车的质量(3)在__________(选填选项前的字母)且计时器打点的情况下，轻推一下小车，若小车拖着纸带做匀速运动，表明已经消除了摩擦力和其他阻力的影响。A．不悬挂槽码 B．悬挂槽码(4)实验中，为了保证悬挂槽码的重力近似等于使小车做匀加速运动的拉力，悬挂槽码的总质量m与小车M之间应满足的条件是__________。A．M≫m B．m≫M
【解析】(1)打点计时器需要交流电源，故选B。(2)需要平衡摩擦力和其他阻力的方法是把长木板右端垫高，用小车所受重力的分力来平衡摩擦力和阻力，故选A。(3)不悬挂槽码，轻推一下小车，若小车拖着纸带做匀速运动，表明已经消除了摩擦力和其他阻力的影响。(4)为了保证悬挂槽码的重力近似等于使小车做匀加速运动的拉力，悬挂槽码的总质量m与小车M之间应满足的条件是M≫m。答案：(1)B　(2)A　(3)A　(4)A
【实验改进】为了减小实验误差，某小组对上述实验装置进行了改装，如图所示，改装时带滑轮的长木板和弹簧测力计均水平固定。
(1)在用改装后的实验装置进行实验时，一定要进行的操作是____________。A．小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，打出一条纸带，同时记录弹簧测力计的示数B．改变砂和砂桶的质量，打出几条纸带C．用天平测出砂和砂桶的质量D．为了减小误差，实验中一定要保证砂和砂桶的质量远小于小车的质量
(2)以弹簧测力计的示数F为横坐标，以加速度a为纵坐标，画出的a­F图线如图所示，已知图线的斜率为k，则小车的质量为______________。
【解析】(1)打点计时器使用时，都是先接通电源，待打点稳定后再释放纸带，该实验探究加速度与力和质量的关系，要记录弹簧测力计的示数，故A正确；改变砂和砂桶质量，即改变拉力的大小，打出几条纸带，研究加速度随F变化关系，故B正确；本题拉力可以由弹簧测力计测出，不需要用天平测出砂和砂桶的质量，也就不需要使砂桶(包括砂)的质量远小于车的总质量，故C、D错误。故选A、B。
(1)在平衡小车与长木板之间摩擦力的过程中，打出了一条纸带如图乙所示。打点计时器打点的时间间隔为0.02 s。从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，量出相邻计数点之间的距离，根据图中给出的数据求出该小车的加速度a＝____________m/s2(结果保留两位有效数字)。
(2)如图丙所示为该同学在探究加速度a与力F的关系时，根据测量数据作出的a­F图象，说明实验存在的问题是_________________________________。
类型二　创新型实验【典例3】某实验小组用如图甲所示的实验装置探究加速度与力、质量的关系，重物通过滑轮用细线拉着小车，在小车和重物之间接一个不计质量的微型力传感器，位移传感器(发射器)随小车一起沿水平轨道运动，位移传感器(接收器)固定在轨道一端，实验中力传感器的拉力为F，保持小车[包括位移传感器(发射器)]的质量不变，改变重物重力重复实验若干次，得到加速度与外力的关系。
(1)关于实验操作，下列说法正确的是__________(填序号)。A．实验前应调节滑轮高度，使滑轮和小车间的细线与木板平行B．平衡摩擦力时，在细线的下端悬挂钩码，使小车在线的拉力作用下能匀速下滑C．每次改变小车所受的拉力后都要重新平衡摩擦力D．实验应满足重物的质量远小于小车的质量
(2)同学甲根据某次实验位移传感器的实验数据作出小车运动的x ­t2图像如图乙所示，根据图像可知小车运动的加速度大小为__________m/s2；比较发现此加速度小于力传感器拉力F与小车(包括位移传感器(发射器)的质量的比值，原因可能是__________________________________________________。
【创新角度】(1)实验器材的创新：采用力传感器和位移传感器。(2)实验过程的创新：利用x­t2图像求加速度。
1．如图所示，在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，若1、2两个相同的小车所受拉力分别为F1、F2，车中所放砝码的质量分别为m1、m2，打开夹子后经过相同的时间两车的位移分别为x1、x2，则在实验误差允许的范围内，有(　　)A.当m1＝m2、F1＝2F2时，x1＝2x2B．当m1＝m2、F1＝2F2时，x2＝2x1C．当F1＝F2、m1＝2m2时，x1＝2x2D．当F1＝F2、m1＝2m2时，x2＝2x1
【加固训练】利用如图所示的装置探究加速度与力、质量的关系，下列说法正确的是(　　)A．保持小车所受拉力不变，只改变小车的质量，就可以探究加速度与力、质量的关系B．保持小车质量不变，只改变小车的拉力，就可以探究加速度与力、质量之间的关系
C．先保持小车所受拉力不变，研究加速度与力的关系；再保持小车质量不变，研究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度与力、质量的关系D．先保持小车质量不变，研究加速度与力的关系；再保持小车受力不变，研究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度与力、质量的关系【解析】选D。该实验采用的是控制变量法，即保持一个量不变，研究其他两个量之间的关系。在探究加速度与质量的关系时，应保持拉力的大小不变，在探究加速度与力的关系时，应保持质量不变，最后归纳出加速度与力、质量的关系，A、B、C错误，D正确。
2．下面是“探究加速度与力、质量的关系”实验步骤：①用天平测出小车质量M和小盘质量m；②安装好打点计时器，在小车上装好纸带；③调整长木板的倾斜程度；④在小盘中加入适量的砝码m1；⑤保持小车质量一定，探究加速度与力的关系；⑥保持小车所受拉力一定，探究加速度与质量的关系。
(1)步骤③的目的是____________________。(2)步骤④中，要求小盘和砝码总质量(m＋m1)________小车质量M。(3)步骤⑤和⑥，表明该实验采用的科学方法是______________________。【解析】(1)步骤③是为了平衡小车与木板、纸带与打点计时器间的摩擦力，使小车所受的合力等于绳子的拉力。(2)步骤④中，要求小盘和砝码总质量(m＋m1)远小于小车的质量M，以使小车所受绳子的拉力等于小盘和砝码的总重力。(3)该实验采用的是控制变量法。答案：(1)平衡摩擦力　(2)远小于(3)控制变量法
3．某同学用如图甲所示的实验装置来“探究a与F、m之间的定量关系”。
4．(2021·白银高一检测)如图所示为用拉力传感器(能测量拉力的仪器)和速度传感器(能测量瞬时速度的仪器)探究“加速度与物体受力的关系”的实验装置。用拉力传感器记录小车受到拉力的大小，在长木板上相距L＝48.0 cm的A、B两点各安装一个速度传感器，分别记录小车到达A、B时的速率。
(1)实验主要步骤如下：①将拉力传感器固定在小车上。②平衡摩擦力，让小车在不受拉力时做________运动。③把细线的一端固定在拉力传感器上，另一端通过定滑轮与钩码相连；为保证细线的拉力不变，必须调节滑轮的高度使_________________________。④接通电源后自C点释放小车，小车在细线拉动下运动，记录细线拉力F的大小及小车分别到达A、B时的速率vA、vB。⑤改变所挂钩码的数量，重复④的操作。