探究a与F,m之间的关系1
实验4验证牛顿第二定律

牛顿第二定律 测加速度 原理及变化一、实验目的1.会用控制变量法探究加速度a 与合力F 、质量M 的关系;2.掌握利用图像法处理实验数据的方法.二、实验器材一端有定滑轮的长木板、刻度尺、复写纸片和纸带、小车、盘、重物、电磁打点计时器、天平、砝码、托盘、导线.考点一 实验原理与实验操作本实验利用盘及盘中重物通过细绳牵引小车做加速运动的方法研究加速度a 与力F 、质量M 的关系.实验时采用控制变量法,共分两步研究:第一步,保持小车的质量不变,改变盘中重物的质量,测出相应的a ,验证a 与F 的关系;第二步,保持盘中重物的质量不变,改变小车上砝码的质量,测出小车运动的加速度a ,验证a 与M 的关系.实验应测量的物理量有:(1)小车及车上砝码的总质量M :用天平测出.(2)小车受到的拉力F :拉力近似等于盘和重物的总重力mg (盘和重物的总质量远小于小车和车上砝码的总质量).(3)小车的加速度a :通过打点计时器打出纸带,由a =a 1+a 2+a 33=x 6+x 5+x 4-x 3-x 2-x 19T 2计算出. 在“用DIS 探究牛顿第二定律”的实验中,装置如图S41(a)所示.(1)本实验是通过改变钩码质量来改变对小车的拉力,通过增加小车上的配重片来改变小车的质量,通过位移传感器测得小车的v -t 图像,通过求解斜率小车的加速度.(a) (b)图S41(2)图(b)为小车所受作用力不变时实验所得的a -1M 图像,从图像上可以看到直线不过原点,其原因是BD .A .钩码质量过大B .轨道倾斜,左端偏高C .轨道倾斜,右端偏高D .小车与轨道间的摩擦未被平衡 由图(b )所示a-图象可知,图象不过原点,在横轴上有截距,这是由于:轨道倾斜,左端偏高或小车与轨道间的摩擦偏大造成的,故BD 正确如图S42所示为用速度传感器探究小车获得的速度与小车受到的合力及运动位移关系的实验装置:该小组设计的思路是将小车从A 位置由静止释放,用速度传感器测出小车获得的速度.实验分两步进行:一是保持沙和沙桶的质量不变,改变速度传感器B 与A 位置的距离,探究小车获得的速度与小车运动位移的关系;二是保持速度传感器的位置不变,改如图S42所示为用速度传感器探究小车获得的速度与小车受到的合力及运动位移关系的实验装置:该小组设计的思路是将小车从A 位置由静止释放,用速度传感器测出小车获得的速度.实验分两步进行:一是保持沙和沙桶的质量不变,改变速度传感器B 与A 位置的距离,探究小车获得的速度与小车运动位移的关系;二是保持速度传感器的位置不变,改用速度传感器测出小车获得的速度.实验分两步进行:一是保持沙和沙桶的质量不变,改变速度传感器B 与A 位置的距离,探究小车获得的速度与小车运动位移的关系;二是保持速度传感器的位置不变,改变沙和沙桶的质量,探究小车获得的速度与小车所受合力的关系.图S42(1)实验中在探究三个物理量的关系时,采用的物理方法是控制变量法.(2)在探究小车获得的速度v 与小车运动位移x 的关系时,测出多组v 、x 的数据后作出的v 2x 图像的形状是直线.(填“直线”或“曲线”)(3)在探究小车获得的速度与小车所受合力的关系时,要使沙和沙桶的重力等于小车受到的合力需要采取什么措施?平衡摩擦力■ 注意事项(1)在本实验中,必须平衡摩擦力,在平衡摩擦力时,不要把盘和重物系在小车上,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)安装器材时,要调整滑轮的高度,使拴小车的细绳与斜面平行,且连接小车和盘应在平衡摩擦力之后.(3)改变小车的质量或拉力的大小时,改变量可适当大一些,但应满足盘和重物的总质量远小于小车和车上砝码的总质量.盘和重物的总质量不超过小车和车上砝码总质量的10%.(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处前按住小车.考点二 数据处理与误差分析1.数据处理(1)先在纸带上标明计数点,测量各计数点间的距离,根据公式a =Δx T 2计算加速度. (2)需要记录各组对应的加速度a 与小车所受牵引力F ,然后建立直角坐标系,用纵坐标表示加速度a ,横坐标表示作用力F ,描点画出a -F 图像,如果图线是一条过原点的直线,便证明加速度与作用力成正比.再记录各组对应的加速度a 与小车和砝码的总质量M ,然后建立直角坐标系,用纵坐标表示加速度a ,用横坐标表示总质量的倒数1M ,描点画出a -1M图像,如果图线是一条过原点的直线,就证明了加速度与质量成反比.2.误差分析(1)质量的测量、纸带上计数点间距离的测量、拉线或纸带不与木板平行等都会造成误差.(2)实验原理不完善引起误差.通过适当的调节,使小车所受的阻力被平衡,当小车做加速运动时,可以得到a =m M +mg ,T =mg M M +m =mg 1+m M,只有当M ≫m 时,才可近似认为小车所受的拉力T 等于mg ,所以本实验存在系统误差.(3)平衡摩擦力不准造成误差.某同学利用图S43(a)所示实验装置及数字化信息系统获得了小车加速度a 与钩码的质量m 的对应关系图,如图(b)所示.实验中小车(含发射器)的质量为200 g ,实验时选择了不可伸长的轻质细绳和轻定滑轮,小车的加速度由位移传感器及与之相连的计算机得到,回答下列问题:(a)(b)图S43(1)根据该同学的结果,小车的加速度与钩码的质量成非线性(选填“线性”或“非线性”)关系.(2)由图(b)可知,a -m 图线不经过原点,可能的原因是存在摩擦力.(3)若利用本实验装置来验证“在小车质量不变的情况下,小车的加速度与作用力成正比”的结论,并直接以钩码所受重力mg 作为小车受到的合外力,则实验中应采取的改进措施是调节倾斜角以平衡摩擦力,钩码的质量应满足的条件是远小于小车质量.1 用如图S44所示的装置探究加速度与力和质量的关系,带滑轮的长木板和弹簧测力计均水平固定.图S44(1)实验时,一定要进行的操作是A,B (填选项前的字母).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 .改变沙和沙桶的总质量,打出几条纸带C .用天平测出沙和沙桶的总质量D .为减小误差,实验中一定要保证沙和沙桶的总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a -F 图像可能正确的是图S45中的A (填选项字母).图S45(3)若测出的a -F 图像的斜率为k ,则小车的质量为2/k .某实验小组利用如图S46甲所示的气垫导轨实验装置来探究合力一定时,物体的加速度与质量之间的关系.(1)为了保持滑块所受的合力不变,可改变滑块质量M 和气垫导轨最右端高度h (见图甲).关于“改变滑块质量M 和气垫导轨最右端的高度”的正确操作方法是A .A .M 减小时,h 增大,以保持二者乘积不变B .M 增大时,h 增大,以保持二者乘积增大C .M 增大时,h 减小,以保持二者乘积减小D .M 减小时,h 减小,以保持二者乘积减小(2)做实验时,将滑块从图甲所示位置(气垫导轨右端)由静止释放,由数字计时器(图中未画出)可读出遮光条通过光电门1、2的时间分别为Δt 1、Δt 2;用刻度尺测得两个光电门中心之间的距离x ,用游标卡尺测得遮光条宽度d .则滑块加速度的表达式a =________(以上表达式均用已知字母表示).如图乙所示,若用20分度的游标卡尺测量遮光条的宽度,其读数为8.15mm.图S46■ 注意事项(1)如果a 与1M 是正比关系,则a -1M图像是直线,而若a 与M 是反比关系,则a -M 图像是曲线,在研究两个量的关系时,直线更易确定两者之间的关系,故本实验作a -1M图像.(2)在平衡摩擦力时,除了不挂盘和重物外,其他都应跟正式实验一样,匀速运动的标志是打点计时器打出的纸带上各点间的距离相等.1.[2015·大连二诊] 某同学在“探究加速度与力的关系”实验中,按照正确操作步骤,得到了在不同合外力下的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ等几条纸带,并在纸带上每5个点取一个计数点,即相邻两计数点间的时间间隔为0.1 s ,将某同学在“探究加速度与力的关系”实验中,按照正确操作步骤,将每条纸带上的计数点都记为0、1、2、3、4、5…,如图S47所示A 、B 、C 三段纸带,分别是从三条不同纸带上撕下的..图S47(1)打下计数点1时,纸带的速度大小为0.20m/s(保留两位有效数字,下同);(2)打Ⅰ纸带时,物体的加速度大小是2.0m/s2;(3)在A、B、C三段纸带中,属于纸带Ⅰ的是B.2.[2015·兰州3月诊断] 在“探究加速度和力的关系”的实验中,某校的兴趣小组采用如图S48甲所示的传感器实验装置进行研究,计算机可通过位移传感器采集的数据直接计算出小车的加速度.实验时他们用钩码的重力作为小车所受外力,平衡好摩擦后,保持小车质量不变,改变所挂钩码的数量,多次重复测量.根据测得的多组数据可画出a-F关系图线(如图乙所示).甲乙图S48(1)分析此图线的OA段可得出的实验结论是小车质量不变时,其加速度与受到的合力成正比.(2)此图线的AB段明显偏离直线,造成此误差的主要原因是(C)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对小车和钩码分别应用牛顿第二定律,当m远小于M时可认为小车受到的合力等于钩码重力,如果钩码质量过大,则小车受到合力明显小于钩码重力,实验误差较大,a F图像偏离直线,C正确。
2022年山西省西安市长安区第一中学物理高一第一学期期末检测试题含解析

D.司机发现代步车时汽车距离代步车30m
2、如图所示,在光滑的水平面上有一个质量 的小球,小球分别与水平轻弹簧及与竖直方向成 角的不可伸长的轻绳一端相连,此时小球处于静止状态,且水平面对小球的弹力恰好为零。在剪断轻绳的瞬间,取 ,下列说法中正确的是( )
剪断轻绳的瞬间,弹簧的弹力仍然为10N,小球此时受重力、支持力、弹簧弹力三个力作用,在竖直方向上平衡;根据牛顿第二定律得小球的加速度为
因弹簧弹力方向向左,故合力方向向左,加速度方向向左;故C正确,B错误,D错误。
故选C。
3、D
【解析】图像的斜率表示加速度,故0~5s内斜率为正,加速度为正,方向向上,处于超重状态,速度为正,即电梯向上加速运动;在5~10s过程中,电梯匀速,该同学加速度为零,该同学对电梯底板的压力等于他所受的重力,处于正常状态;10~20s过程中,斜率为负,速度为正,即电梯向上做减速运动,加速度向下,处于失重状态,D正确
【点睛】熟练掌握速度图象的物理含义:图象的斜率等于物体的加速度,图象与时间轴围成的面积等于物体通过的位移,这是解决此类题目的基本策略
2、C
【解析】A.当剪断轻绳瞬间轻绳拉力为零,小球在竖直方向上受重力和地面的弹力而平衡,故A错误;
BCD.在剪断轻绳前,小球受重力、绳子的拉力以及弹簧的弹力处于平衡,根据共点力平衡得,弹簧的弹力
6、下列各组共点力中合力可能为零的是
A.2N,3N,4N
B.4N,5N,10N
C.10N,12N,21N
D.10N,10N,10N
7、如图中甲图所示,一轻质弹簧的下端固定在水平面上,上端放置一物体(物体与弹簧不连接),初始时物体处于静止状态.现用竖直向上的拉力 作用在物体上,使物体开始向上做匀加速直线运动,拉力 与物体位移 之间的关系如图乙所示( 取 ),则下列结论正确的是
2022高考物理练习一轮—力学实验:探究加速度与力、质量的关系

2022高考一轮复习课时跟踪训练力学实验:探究加速度与力、质量的关系一、单项选择(下列各题中四个选项中只有一个选项符合题意)1.在“探究加速度与力、质量的关系”实验中所采用的科学方法是()A.理想实验法B.等效替代法C.控制变量法D.建立模型法2.图甲是用来探究加速度和合力之间关系的实验装置示意图,图乙是其俯视图。
两个相同的小车,并排放在水平光滑板上,前端各系一条细绳,细绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘,盘里放有砝码打开夹子,小盘和砝码牵引小车运动,合上夹子,两小车同时停止运动。
下列说法正确的是()A.实验中应使小车质量不同、砝码质量相同B.实验中必须用到的测量仪器是秒表、刻度尺、天平C.若将水平光滑板换为水平粗糙板、不会影响实验探究的结果D.若小盘和砝码的总质量远小于小车质量,则小盘和砝码的重力近似等于绳的拉力3.如图是用阻力补偿法“探究加速度与力的关系”的实验装置,小车的前端固定有拉力传感器,跨过定滑轮的轻绳一端固定于传感器,另一端与装有砝码的托盘相连。
实验中保持小车质量不变,改变砝码的质量,测出绳中拉力大小F与相应的加速度大小a,作出a-F图像,下列图像中正确的是()A.B.C.D.4.实验室用滑轮、小车、打点计时器、砂桶、细线、纸带等实验器材组成右图所示实验装置可以完成多个力学实验,利用该装置进行如下实验时,以下说法正确的是()A.在“研究匀变速直线运动”时必须设法消除小车和木板间的摩擦阻力影响B.在“研究匀变速直线运动”时必须使砂和砂桶总质量远小于小车的质量C.在“探究加速度a与小车质量M关系”时每次改变小车质量之后不需要要重新平衡摩擦力D.在“探究加速度a与力F关系”时要调整滑轮高度使连接小车的细线水平5.用如图所示的装置探究加速度与力的关系时,补偿阻力后,用槽码的重力代替细线的拉力,通过分析可知,这种代替是有误差的。
若槽码的质量m与小车质量M满足M=10m,槽码牵引小车加速运动时,细线的拉力大小与槽码重力差值的绝对值为(重力加速度为g)()A.110mg B.111mg C.110Mg D.111Mg二、多项选择(下列各题中四个选项中有多个选项符合题意)6.在“验证牛顿运动定律”的实验中,保持小车的质量不变,改变所挂钩码的数量,多次重复测量。
广西省来宾市重点中学2022-2023学年高三第三次测评物理试卷含解析

2023年高考物理模拟试卷请考生注意:1.请用2B 铅笔将选择题答案涂填在答题纸相应位置上,请用0.5毫米及以上黑色字迹的钢笔或签字笔将主观题的答案写在答题纸相应的答题区内。
写在试题卷、草稿纸上均无效。
2.答题前,认真阅读答题纸上的《注意事项》,按规定答题。
一、单项选择题:本题共6小题,每小题4分,共24分。
在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的。
1、如图所示,一定质量的理想气体从状态A 变化到状态B ,再到状态C ,最后变化到状态A ,完成循环。
下列说法正确的是( )A .状态A 到状态B 是等温变化B .状态A 时所有分子的速率都比状态C 时的小 C .状态A 到状态B ,气体对外界做功为0012p VD .整个循环过程,气体从外界吸收的热量是0012p V 2、光滑绝缘水平面上固定一半径为R 、带正电的球体A (可认为电荷量全部在球心),另一带正电的小球B 以一定的初速度冲向球体A ,用r 表示两球心间的距离,F 表示B 小球受到的库仑斥力,在r >R 的区域内,下列描述F 随r 变化关系的图象中可能正确的是( )A .B .C .D .3、如图所示为A .B 两辆摩托车沿同一直线运动的速度一时间(v -t )图象,已知:t =0时刻二者同时经过同一地点,则下列说法正确的是( )A .摩托车B 在0~6s 内一直在做加速度减小的加速运动B .t =6s 时A 、B 两辆摩托车恰好相遇C .t =12s 时A 、B 两辆摩托车相距最远D .率托车A 在0~12s 内的平均速度大小为10m/s4、如图所示,足够长的两平行金属板正对竖直放置,它们通过导线与电源E 、定值电阻R 、开关S 相连。
闭合开关后,一个带电的液滴从两板上端的中点处无初速度释放,最终液滴落在某一金属板上。
下列说法中正确的是( )A .液滴在两板间运动的轨迹是一条抛物线B .电源电动势越大,液滴在板间运动的加速度越大C .电源电动势越大,液滴在板间运动的时间越长D .定值电阻的阻值越大,液滴在板间运动的时间越长5、如图所示,在光滑的水平面上放有两个小球A 和B ,其质量A B m m ,B 球上固定一轻质弹簧。
探究a与f m的关系

加速度与力、质量的关系
问题1:
加速度与力、质量的关系如何研究?
控制变量法
m一定 a—F F一定 a—m
问题2:
质量、力与加速度分别如何测量? 质量——天平 力——桶和砝码总重力(近似)
加速度?
实验器材:
一端带有定滑轮的木板、小车、打点计时器、电源、 小桶、细线、砝码、天平、刻度尺、纸带
拉车钩码 ( g)
探究二: 探究a与m的关系
数据记录:
m/kg 2.00 1.50 1.25 1.00
a/(m.s-2) 2.04
2.66
3.23
3.98
作图:
结论: 当F一定时, a与m关系为 成反比 。
问题:
1.在小车运动过程中不可避免的要受到摩擦力的作用,这 个摩擦力也会影响到小车的加速度,如何消除摩擦力的影 响呢? 把木板没有定滑轮的一端垫高,使小车重力沿斜面向下 的分力与摩擦力平衡。 能不能先挂上小桶? 能不能先固定纸带?
实验装置:
方法一:
若vo=0 由x= at2/2 有:
a1/a2=x1/x2
方法二:利用纸带处理
探究一: 探究a与F的关系 (m1=m2 ) 数据记录: 结论: 当m一定时,a与F的关系 是 成正比 。
数据记录:
小车1 次数
1 2 3 4
小车2 位移 x1/cm 拉车钩码 ( g) 位移 x2/cm
问题:
2.小车受的合外力近似等于桶和桶中的 重力,为什么要满足桶和重物的质量远 小于小画出a-F 图线,表明实 验中的问题是:
0
F
没有平衡掉摩擦力
第三章 2 探究a与F,m的关系

2探究加速度与力、质量的关系[学习目标] 1.学会用控制变量法研究物理规律.2.会测量加速度、力和质量,能作出物体运动的a-F、a-1m图像.3.通过实验探究加速度与力、质量的定量关系.一、实验器材小车、砝码、砝码盘、细绳、一端带有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、交流电源、纸带、刻度尺、天平.二、实验原理实验的基本思想——控制变量法1.保持研究对象即小车的质量不变,改变砝码盘内砝码的质量,即改变作用力,测出小车的对应加速度,验证加速度是否正比于作用力.2.保持砝码盘中砝码的质量不变,即保持作用力不变,改变研究对象即小车的质量,测出对应不同质量的加速度,验证加速度是否反比于质量.三、实验方案的设计1.如何使物体在力的作用下做匀加速运动?(1)用质量为m的重物通过滑轮牵引被研究的物体(质量为M的小车或滑块),使它做匀加速直线运动.(2)消除摩擦力影响的方法:①如果将小车放在一端带有定滑轮的长木板上做实验,将木板适当倾斜,使小车在不受拉力作用时能在长木板上近似做匀速直线运动,此时小车重力沿长木板向下的分力等于打点计时器对小车的阻力、长木板的摩擦阻力及其他阻力之和.②采用气垫导轨,让滑块在水平轨道上运动.2.三个物理量的测量方法本实验的研究对象:小车(装置如图1所示).图1(1)小车质量的测量:利用天平测出,在小车上增、减砝码可改变小车的质量.(2)力的测量:当被研究物体的质量M远大于重物的质量m时,可以近似认为其所受拉力F =mg.如果将力传感器固定在小车上,可以在计算机上直接读出拉力F的大小.(3)加速度的测量:①由纸带根据公式Δx=aT2,结合逐差法计算出小车的加速度.②描绘出小车的v-t图像,由图像的斜率求出加速度的大小.四、实验操作1.用天平测出小车的质量M,并把数值记录下来.2.按如图2所示的装置把实验器材安装好(小车上先不系绳).图23.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,直到轻推小车在斜面上运动时可保持匀速直线运动为止(纸带上相邻点间距相等).4.用细绳绕过定滑轮系在小车上,另一端挂上砝码盘.保持小车质量不变,改变盘中砝码的质量,以改变小车所受的拉力.处理纸带,测出加速度,将结果填入表1中.表1小车质量一定5.保持砝码盘及砝码质量不变,即保持小车所受的拉力不变,在小车上加放砝码,重复上面的实验,求出相应的加速度,把数据记录在表2中.表2小车所受的拉力一定五、数据分析1.分析加速度a与力F的定量关系由表1中记录的数据,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a-F图像,如图3所示,若图像是一条过原点的直线,就能说明a与F成正比.图32.分析加速度a与质量M的定量关系由表2中记录的数据,以a为纵坐标,以1M为横坐标,根据测量数据描点,然后作出a-1M图像,如图4所示.若a-1M图像是一条过原点的直线,说明a与1M成正比,即a与M成反比.图43.实验结论(1)保持物体质量不变时,物体的加速度a与所受拉力F成正比.(2)保持拉力F不变时,物体的加速度a与质量M成反比.六、注意事项1.打点前小车应靠近打点计时器且应先启动计时器后放开小车.2.在平衡摩擦力时,不要(选填“要”或“不要”)悬挂重物,但小车应连着纸带且启动计时器.用手轻轻地给小车一个初速度,如果在纸带上打出的点的间隔均匀,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.改变悬挂重物的质量的过程中,要始终保证重物的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均匀分布在直线的两侧,个别偏离较远的点应舍去.一、实验原理与实验操作例1用如图5所示的装置探究在拉力F一定时,小车的加速度a与小车(含砝码)质量M的关系,某同学设计的实验步骤如下:图5A.用天平称出小车和小桶及内部所装沙子的质量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连接在小桶上D.将电磁打点计时器接在6 V电压的蓄电池上,启动计时器,放开小车,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.保持小桶及桶内沙子的质量不变,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图像,并由图像确定a与M的关系(1)该同学漏掉的一个重要实验步骤是________,该步骤应排在步骤________之后.(2)在上述步骤中,有错误的是步骤______________,应把____________改为____________.(3)在上述步骤中,处理不恰当的是步骤__________,应把________改为________.答案(1)平衡摩擦力B(2)D 6 V电压的蓄电池4~6 V的交流电源(3)G a-M图像a-1M图像解析(1)实验中把小桶及桶内沙子的重力之和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.(2)电磁打点计时器接在6 V电压的蓄电池上将无法工作,必须接在4~6 V的交流电源上.(3)作a-M图像,得到的是曲线,很难进行正确的判断,必须“化曲为直”,改作a-1M图像.二、实验数据处理例2某同学设计了一个“探究加速度a与物体所受合力F及物体质量M的关系”的实验,图6所示为实验装置简图(交流电源的频率为50 Hz).图6(1)图7所示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.(结果保留两位有效数字)图7(2)保持沙和沙桶的质量不变,改变小车质量M,分别得到小车加速度a与质量M及对应的1M,数据如下表.请在图8甲所示的坐标纸中画出a -1M 图线,由图线可得小车的加速度a 与质量的倒数1M 之间的关系式为________________.图8(3)保持小车的质量不变,改变沙和沙桶的质量,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,如图乙所示.该图线不通过原点,其主要原因是________________________. 答案 (1)3.2 (2)见解析图 a =12M (3)实验前没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不足解析 (1)在连续相等的时间间隔内,从纸带上可得到四段位移,因此可以用逐差法计算加速度. 已知x 1=6.19 cm ,x 2=6.70 cm ,x 3=7.21 cm ,x 4=7.72 cm ,电火花打点计时器的计时周期T =1f=0.02 s 由逐差法可得x 3-x 1=2a 1·(2T )2,x 4-x 2=2a 2·(2T )2 故a =a 1+a 22=(x 3+x 4)-(x 1+x 2)2×2×(2T )2≈3.2 m/s 2.(2)在a -1M 坐标系中描点连线,a -1M 图线如图所示,得a =12M.(3)由a-F图线可知,F增大到某一值时小车开始有加速度,说明实验前没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不足.三、创新实验设计例3某实验小组利用如图9所示的实验装置来探究当合外力一定时,物体运动的加速度与其质量之间的关系.(1)已知两个光电门中心之间的距离x=24 cm,遮光条的宽度d=0.52 cm.该实验小组在做实验时,将滑块从如图所示位置由静止释放,由数字计时器可以读出遮光条通过光电门1的时间Δt1,遮光条通过光电门2的时间Δt2,则滑块经过光电门1时的瞬时速度的表达式v1=________,滑块经过光电门2时的瞬时速度的表达式v2=________,滑块的加速度的表达式a=________.(以上表达式均用字母表示)图9(2)在本次实验中,实验小组通过改变滑块质量总共做了6组实验,得到如表所示的实验数据,通过分析表中数据,你得出的结论是__________________________________.(3)现需通过图像进一步验证你的结论,请利用表格数据,在图10坐标系中描点并作出相应的图像.图10答案 (1)d Δt 1 dΔt 2 (d Δt 1)2-(d Δt 2)22x (2)当合外力一定时,物体运动的加速度跟物体的质量成反比 (3)见解析图解析 (1)遮光条的宽度很小,遮光条通过光电门的时间极短,遮光条在极短时间内的运动可看成匀速运动,故通过两光电门的瞬时速度分别为v 1=d Δt 1,v 2=dΔt 2.遮光条从光电门2到光电门1做匀加速运动,由v 12-v 22=2ax 可得a =v 12-v 222x=⎝⎛⎭⎫d Δt 12-⎝⎛⎭⎫d Δt 222x.(2)当合外力一定时,在误差允许的范围内,物体质量和加速度的乘积近似相等,所以加速度跟质量成反比. (3)如图所示.在“探究加速度与力、质量的关系”实验中,为减小实验误差,可以从以下几个方面进行创新改进:1.用气垫导轨替代长木板利用气垫导轨替代长木板做此实验时,不需要平衡摩擦力,其他实验步骤不变.2.利用光电门测加速度利用光电门测出滑块通过G1、G2的速度v1、v2,由v22-v12=2ax求出加速度.3.利用位移传感器测位移由于a =2xt 2,如果测出两个初速度为零的匀加速直线运动在相同时间内发生的位移x 1、x 2,则位移之比等于加速度之比,即a 1a 2=x 1x 2.1.利用如图11所示的装置探究加速度与力、质量的关系,下列说法中正确的是( )图11A.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、质量的关系C.先保持小车所受拉力不变,探究加速度与力的关系;再保持小车质量不变,探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,探究加速度与力的关系;再保持小车所受拉力不变,探究加速度与质量的关系,最后归纳出加速度与力、质量的关系答案 D2.(多选)在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中,关于平衡摩擦力的说法中正确的是() A.平衡摩擦力的本质就是使小车受到的摩擦力为零B.平衡摩擦力的本质就是使小车所受的重力沿斜面方向的分力与所受到的阻力相平衡C.平衡摩擦力的目的就是要使小车所受的合力等于重物通过细绳对小车施加的拉力D.平衡摩擦力是否成功,可由小车拖动由打点计时器打出的纸带上的点迹是否均匀而确定答案BCD解析小车所受的摩擦力不可避免,平衡摩擦力的本质就是使小车的重力沿斜面方向的分力与小车所受的阻力相平衡,A错误,B正确;平衡摩擦力的目的是使小车所受的合力等于细绳对小车的拉力,C正确;恰好平衡摩擦力时,小车拖动纸带,不给小车提供拉力,给小车一个初速度,小车做匀速直线运动,由打点计时器打出的纸带上的点迹应该是均匀的,D正确.3.(2019·黄石市高一上学期期末)(1)在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中,某同学组装了如图12所示的装置.图12①图示实验装置中除未平衡摩擦力外,还有一处错误是________;②关于平衡摩擦力的操作过程,下列说法正确的是________.(填字母代号)A.应将长木板的右端适当垫高B.应将重物通过细绳与小车相连C.应将纸带穿过打点计时器并与小车相连D.如果小车能在长木板上保持静止,就表明摩擦力已经得到平衡(2)图13为某次实验所得的纸带,打点计时器打点的时间间隔为0.02 s,E点在刻度尺上的读数为________ cm,可求出小车的加速度为________ m/s2.图13答案(1)①拉小车的细绳没有与长木板平行②AC (2)3.800.20解析(1)①实验要求拉力是平行于长木板方向的,题图中拉小车的细绳没有与长木板平行.②平衡摩擦力正确的操作:纸带穿过打点计时器并与小车相连,将长木板的右端适当垫高,轻推小车,如果纸带上的点迹均匀分布,说明小车做匀速直线运动,代表摩擦力已经得到平衡.(2)读数为3.80 cm.由题图中数据可知CD=1.10 cm,DE=1.30 cm,EF=1.50 cm,FG=1.70 cm,GH=1.90 cm,HI=2.10 cm,则根据Δx=aT2得出a=0.20 m/s2.4.“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图14甲所示.图14(1)在平衡小车受到的阻力的过程中,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,测量并标出相邻计数点之间的距离,该小车的加速度a=________ m/s2.(2)阻力得到平衡后,将5个相同的砝码都放在小车上.挂上砝码盘,然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中,测量小车的加速度.小车的加速度a与砝码盘中砝码总重力F的实验数据如下表:请根据实验数据在图15所示坐标系中作出a-F关系图像.图15(3)本实验已正确平衡了阻力,根据提供的实验数据作出的a-F图线不通过原点,主要原因是________________________________.答案(1)0.16(2)见解析图(3)计算F时忘记加入砝码盘的重力解析(1)由题意可知相邻两计数点间的时间间隔T=5T0=0.1 s.由题图乙可知Δx=0.16 cm=1.6×10-3 m,由Δx=aT2可得a=0.16 m/s2.(2)a-F图线如图所示.(3)平衡阻力后,a-F图像仍不通过原点,是由于在计算F时忘记加入砝码盘的重力,使作出的图像向左平移.。
实验四 探究a与F、M的关系
力F、质量M和加速度a三个变量,研究加速度a与F及M
的关系时,先控制质量M不变,讨论加速度a与力F的关 系;然后再控制力F不变,讨论加速度a与质量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Δ x=aT2计算.
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.
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7.为提高测量精度
(1)应舍掉纸带上开头比较密集的点,在后边便 于测量的地方找一个起点. (2)可以把每打五次点的时间作为时间单位,即 从开始点起,每五个点标出一个计数点,而相邻计数 点间的时间间隔为T=0.1 s.
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解析
(1)a=
( x7 x6 x5 ) ( x4 x3 x2 ) 2 9T
0.497 m/s2 (2)①要测动摩擦因数,就要测出滑块受的拉力和滑 块质量;②测质量就需要天平.
(3)根据牛顿第二定律m3g-μ m2g=(m2+m3)a
得μ = m3 g (m2 m3 )a m2 g 这样测出的动摩擦因数比真实值偏大,因为纸带和打 点计时器还有摩擦,计算时忽略掉,导致结果偏大.
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答案
(1)0.495~0.497 m/s2 (2)①CD
②天平
(3) m3 g (m2 m3 )a 偏大 m2 g
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图2
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(1)下图给出的是实验中获取的一条纸带的一部 分,0、1、2、3、4、5、6、7是计数点,每相邻两计
探究a与fm的关系
1.怎样测量(或比较)物体的加速度? 2.怎样提供和测量物体所受的拉力F ? 注意:只有当盘和砝码的质量要比小车的 质量小得多时,小车所受拉力才近似等于 盘和砝码的总重力。
实 验 方 案
质量保 持不变
合外 力保 持不 变
第
保持物体的质量不变,测量物体在不同的力 作用下的加速度,分析加速度与力的关系
a
x2 /x1
1 2 3 4
a2 a1
M1 M2
第
四
章 牛 顿 运 动 定 律
0
M1 2 / M2 1
1 m
精品课件!
精品课件!
实验结论:
第
四
在上述实验中,我们通过作数据分析图, 章 可以看出 a 线性正比于F合、线性正比于1/m。 牛 顿 a∝F合 运 a∝ 1/m 动
定 律
演示
第
四
章 牛 顿 运 动 定 律
思考与讨论
如果你是法拉利赛车的设计师你会作什么样的
改进让赛车启动更快?
物体的加速度a 可能和哪些因素有关?
m
m
F1
F2
m1
m2
F
F
第
四
章 牛 顿 运 动 定 律
F1<F2
结论:当物体质量一 定时,物体的加速度 随着力的增大而增大。
思考
m1<m2
结论:当力的大小一定 时,物体的加速度随着 质量的增大而减小。
△x = aT2 a=(v-v0)/t
x=v0t+at2/2 V2-V02=2ax
方案1:小车后面连接一纸带,用打点计时器记录
第
四
小车的运动情况。根据所打的点计算小车的加
速度,然后再看加速度与力、质量关系。
34探究a与FM的关系
2012届高三物理一轮复习导学案三、牛顿运动定律(4)【课题】实验:探究物体的加速度a与所受合外力F、物体质量之间的关系。
【导学目标】1.通过实验研究加速度与力、加速度与质量的关系。
2.掌握实验数据处理的方法,能根据图像写出加速度与力、质量的关系式。
【实验原理】1.如图所示装置,保持小车质量M不变,改变小桶内砂的质量m,从而改变细线对小车的牵引力F(当m<<M时,F=mg近似成立),测出小车的对应加速度a,由多组a、F数据作出加速度和力的关系a-F图线,探究加速度与外力的关系。
2.保持小桶和砂的质量不变,在小车上加减砝码,改变小车的质量M,测出小车的对应加速度a,由多组a、M数据作出加速度和质量倒数的关系a-M-1图线,探究加速度与质量的关系。
【实验器材】小车,砝码,小桶,砂,细线,附有定滑轮的长木板,垫块,打点计时器,低压交流电源,导线两根,纸带,托盘天平及砝码,米尺。
【实验步骤】1.用调整好的天平测出小车和小桶的质量M和m,把数据记录下来。
2.按如图装置把实验器材安装好,只是不把挂小桶用的细线系在小车上,即不给小车加牵引力。
3.平衡摩擦力:在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上垫块,反复移动垫块的位置,直至小车在斜面上运动时可以保持匀速直线运动状态(可以从纸带上打的点是否均匀来判断)。
4.在小车上加放砝码,小桶里放入适量的砂,把砝码和砂的质量M'和m'记录下来。
把细线系在小车上并绕过滑轮悬挂小桶,接通电源,放开小车,打点计时器在纸带上打下一系列点,取下纸带,在纸带上写上编号。
5.保持小车的质量不变,改变砂的质量(要用天平称量),按步骤4再做5次实验。
6.算出每条纸带对应的加速度的值。
7.用纵坐标表示加速度a,横坐标表示作用力F,即砂和桶的总重力(m+m')g,根据实验结果在坐标平面上描出相应的点,作图线。
探究加速度与外力的关系8.保持砂和小桶的质量不变,在小车上加放砝码,重复上面的实验,并做好记录,求出相应的加速度,用纵坐标表示加速度a,横坐标表示小车和车内砝码总质量的倒数1/(M+M’),在坐标平面上根据实验结果描出相应的点并作图线。
实验:验证a F m三者之间的关系
1
2
0.400 0.861
0.500 0.692
3
4
0.750 0.470
1.000 0.352
0.4
0.2 0
5
1.200 0.290
1 /kg -1 结论:F一定时, 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2mm/ kg 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 a∝1/m
六、【注意事项】
【实验步骤】
3.控制小车质量不变,用细线将小盘与小 车相连(小盘质量远小于小车质量),打开打点 计时器,释放小车,测出一组数据。
4.改变小盘内砝码个数,多测几组数据。 算出每条纸带对应的加速度的值,填入表格 (一)中。
5.保持小盘内砝码个数不变,改变小车质 量,再测几组数据。 并将对应的质量和加速度的值,填入表格( 二)中。
5 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 F/ N 结论:m一定时,
a∝ F
【数据处理】
2.实验数据的记录处理:F一定,a与 m的关系 a/m· -2 s a/m· -2 s
次 数 s m/kg a/m · -2 1/m kg -1 2.50 2.00 1.33 1.00 0.83
1.0 0.8 0.6
实验误差分析
例2 (2010· 江苏)为了探究受到空气阻力时,物体运动速度随 时间的变化规律,某同学采用了“加速度与物体质量、物 体受力关系”的实验装置(如图3所示).实验时,平衡小车 与木板之间的摩擦力后,在小车上安装一薄板,以增大空 气对小车运动的阻力.
图3
(1)往砝码盘中加入一小砝码,在释放小车________(选填 “之前”或“之后”)接通打点计时器的电源,在纸带上打 出一系列的点. (2)从纸带上选取若干计数点进行测量,得出各计数点的时 间t与速度v的数据如下表: 时间t/s
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3、实验结论:
aF
1 a m
注意:为了使绳子的拉力近似等于物体的重力,条件 是桶与砝码的总质量(m)应远小于小车质量(M)
作业:完成考一本相关练习
谢谢光临指导 再见!
方法:控制变量法
讨论: 1)如何测物体的质量 2)如何测加速度a? 3)如何提供小车产生加速度的力F? 4)如何做到使绳子的拉力提供小车运动 F 加速度?
N
FT
Ff
G=Mg
FN FN
平衡摩擦力
FT
θ
G1
Ff
G
G2
思考:绳子的拉力等于桶和砝码所受的总重力 吗? FN
FN
见教材P73参考案例1 第二句和注释(2)
第二节
探究加速度与力、质量的关系
授课人:刘晚兴
复习回顾
1)牛顿第一定律的内容是什么?
一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状
态,直到有外力迫使它改变这种状态。
理解:
合力
1)一切物体都有保持匀速直线运动或静止运动 的性质,即物体具有惯性 2)力是产生加速度的原因
第二节
探究加速度与力、质量的关系
a
猜想
a1 x1 F1 a2 x2 F 2 M一定时: a1 x1 a 2 x2
F1 m1 g ? F2 m2 g
M1 M2
F一定时:
a1 F1 ? a2 F2
a1 x1 a 2 x2
M1 ? M2
a1 M 2 ? a2 M 1
方案(二)
1)保持M不变,探 究a和F的关系 次数 F(N)a(cm/s2) 1 2 3 4
2)保持F不变,探 究a和m的关系 次数 F(N)a(cm/s2) 1 2
3
4
可能的实验方案(三)
读3:t2 读2:t12 读1:t1
光电门2
挡光片 光电门集与处 理系统
6个一次循环 显示在屏幕上
注意:调小车平衡
1)保持M不变,探究a和F的关系 a cm/s2 实 验 探 究
F/N 结论:当M一定时: 物体的加速度a与它 所受的外力F成正比
2)保持F不变,探究a和m的关系
实 验 探 究
结论:当F一定时: 物体的加速度a与质 量M成反比
实验综合结论: 物体的加速度a与所受的合外力F成正比,跟物 体的质量M成反比 即
aF
1 a M
小结:
1、力是物体产生加速度的原因
FT
G2
Ff
θ
G1
G
注意:为了使绳子的拉力近似等于物体的重力,条件 是桶与砝码的总质量(m)应远小于小车质量(M)
思考与讨论:
为了探究a与力F,M之间的关系,你有什么好 的设计方案能实现这一目标?
方案一:以小车、一端带有定滑轮的长木板、细线、 砝码、刻度尺、天平、夹子为实验器材,研究小车 的运动,利用两小车位移之比就等于加速度之比来 研究加速度与力和质量的关系。