1、物理必修物理必修1沪科版课件沪科版课件 实验原理及误差分析实验原理及误差分析【典例【典例1 1】(2010(2010山东高考山东高考)某同学设计了如图所示的装某同学设计了如图所示的装置来探究加速度与力的关系置来探究加速度与力的关系.弹簧测力计固定在一合适的弹簧测力计固定在一合适的木板上，桌面的右边缘固定木板上，桌面的右边缘固定一支表面光滑的铅笔以代替一支表面光滑的铅笔以代替定滑轮，细绳的两端分别与定滑轮，细绳的两端分别与弹簧测力计的挂钩和矿泉水弹簧测力计的挂钩和矿泉水瓶连接瓶连接.在桌面上画出两条平行线在桌面上画出两条平行线MNMN、PQPQ，并测出间距，并测出间距d.d.开始开始时将木板置于
2、时将木板置于MNMN处，现缓慢向瓶中加水，直到木板刚刚开始处，现缓慢向瓶中加水，直到木板刚刚开始运动为止，记下弹簧测力计的示数运动为止，记下弹簧测力计的示数F F0 0，以此表示滑动摩擦力，以此表示滑动摩擦力的大小的大小.再将木板放回原处并按住，继续向瓶中加水后，记下再将木板放回原处并按住，继续向瓶中加水后，记下弹簧测力计的示数弹簧测力计的示数F F1 1，然后释放木板，并用秒表记下木板运，然后释放木板，并用秒表记下木板运动到动到PQPQ处的时间处的时间t.t.(1)(1)木板的加速度可以用木板的加速度可以用d d、t t表示为表示为a a_；为了减小测量；为了减小测量加速度的偶然误差可以采用
3、的方法是加速度的偶然误差可以采用的方法是(一种即可一种即可)_.)_.(2)(2)改变瓶中水的质量重复实验，确定加速度改变瓶中水的质量重复实验，确定加速度a a与弹簧测力计示与弹簧测力计示数数F F1 1的关系的关系.如图所示图像能表示该同学实验结果的是如图所示图像能表示该同学实验结果的是_ _._ _.(3)(3)用加水的方法改变拉力的大小与挂钩码的方法相比，它的用加水的方法改变拉力的大小与挂钩码的方法相比，它的优点是优点是_._.a.a.可以改变滑动摩擦力的大小可以改变滑动摩擦力的大小b.b.可以更方便地获取多组实验数据可以更方便地获取多组实验数据c.c.可以比较精确地测出摩擦力的大小可以
4、比较精确地测出摩擦力的大小d.d.可以获得更大的加速度以提高实验精度可以获得更大的加速度以提高实验精度【标准解答标准解答】(1)(1)木板在绳子拉力的作用下做初速度为零的木板在绳子拉力的作用下做初速度为零的匀加速直线运动，由匀加速直线运动，由d=d=可知：可知：a=a=为了减小测量加为了减小测量加速度的偶然误差可以采用的方法是保持速度的偶然误差可以采用的方法是保持F F1 1不变，重复实验多不变，重复实验多次测量次测量d d、t t取平均值取平均值.21at222d.t(2)(2)该实验原理与教材实验原理类似，同样需要满足木板的质该实验原理与教材实验原理类似，同样需要满足木板的质量量M M远大
5、于矿泉水瓶的质量远大于矿泉水瓶的质量m m，此时可认为绳上的拉力近似等，此时可认为绳上的拉力近似等于弹簧测力计示数于弹簧测力计示数F F1 1.本实验中没有平衡摩擦力，但通过题意本实验中没有平衡摩擦力，但通过题意可知受到的摩擦力为可知受到的摩擦力为F F0 0，木板受到的合外力为，木板受到的合外力为(F(F1 1-F-F0 0).).图像图像反映的是反映的是a a与与F F1 1的关系，而不是的关系，而不是a a与与(F(F1 1-F-F0 0)的关系，所以图像的关系，所以图像不过原点不过原点.当当F F1 1增大时，即矿泉水瓶的质量增大时，即矿泉水瓶的质量m m增大时，实验的增大时，实验的前
6、提条件不再满足，此时前提条件不再满足，此时a a越大，绳上的拉力就越小于弹簧测越大，绳上的拉力就越小于弹簧测力计示数力计示数F F1 1，加速度增加得就越慢，图线向下弯曲，加速度增加得就越慢，图线向下弯曲，c c正确正确.(3)(3)用加水的方法改变拉力的大小与挂钩码的方法相比，它的用加水的方法改变拉力的大小与挂钩码的方法相比，它的优点是可以更方便地获取多组实验数据和比较精确地测出摩优点是可以更方便地获取多组实验数据和比较精确地测出摩擦力的大小，擦力的大小，b b、c c说法是正确的；两种实验方法都不可以改说法是正确的；两种实验方法都不可以改变滑动摩擦力的大小，变滑动摩擦力的大小，a a错误；
7、通过错误；通过(2)(2)中分析可以知道当加中分析可以知道当加速度增大时，实验条件便不再满足，此时实验误差变大，速度增大时，实验条件便不再满足，此时实验误差变大，d d说说法错误法错误.答案：答案：(1)2 d/t(1)2 d/t2 2 保持保持F F1 1不变，重复实验多次测量，求平均不变，重复实验多次测量，求平均值值 (2)c (3)b(2)c (3)b、c c 实验数据处理实验数据处理【典例典例2 2】(2011(2011巢湖高一检测巢湖高一检测)在做在做“探究加速度和力、质探究加速度和力、质量的关系量的关系”的实验中，保持小车和砝码的总质量不变，测得的实验中，保持小车和砝码的总质量不变
8、，测得小车的加速度小车的加速度a a和拉力和拉力F F的数据如表所示的数据如表所示(1)(1)根据表中的数据在坐标系上作出根据表中的数据在坐标系上作出a-Fa-F图像；图像；(2)(2)图像斜率的物理意义是图像斜率的物理意义是_._.(3)(3)小车和砝码的总质量为小车和砝码的总质量为_kg._kg.(4)(4)图线图线(或延长线或延长线)与与F F轴截距的物理意义是轴截距的物理意义是_ _ _._.【标准解答标准解答】(1)(1)根据所给数据根据所给数据在所给坐标系中准确描点，作在所给坐标系中准确描点，作出的出的a-Fa-F图像如图所示图像如图所示.(2)(2)根据根据(1)(1)中图像可知
9、，保持中图像可知，保持小车和砝码的总质量不变，小小车和砝码的总质量不变，小车的加速度车的加速度a a和拉力和拉力F F成正比；成正比；若保持力若保持力F F不变，改变小车和不变，改变小车和砝码的总质量，通过实验探究可知小车的加速度砝码的总质量，通过实验探究可知小车的加速度a a与小车和砝与小车和砝码的总质量成反比；因此可以判断码的总质量成反比；因此可以判断(1)(1)中图像斜率表示小车和中图像斜率表示小车和砝码总质量的倒数砝码总质量的倒数.(3)(3)由由(1)(1)中图像可得：中图像可得：=解得解得M=1 kg.M=1 kg.(4)(4)由由a-Fa-F图像可知图像可知,当力当力F=0.1
10、NF=0.1 N时时,小车开始运动小车开始运动,说明此时说明此时小车受到的阻力为小车受到的阻力为0.1 N.0.1 N.答案：答案：(1)(1)见标准解答见标准解答 (2)(2)小车和砝码总质量的倒数小车和砝码总质量的倒数 (3)1 (4)(3)1 (4)小车受到的阻力为小车受到的阻力为0.1 N0.1 N1MaF，1.1.在利用打点计时器探究加速度与力、质量关系的实验中，在利用打点计时器探究加速度与力、质量关系的实验中，以下做法正确的是以下做法正确的是()()A.A.平衡摩擦力时，应将重物用细绳通过定滑轮系在小车上平衡摩擦力时，应将重物用细绳通过定滑轮系在小车上B.B.每次改变小车的质量时，
11、不需要重新平衡摩擦力每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力C.C.实验时，先放开小车，后接通电源实验时，先放开小车，后接通电源D.“D.“重物的质量远小于小车的质量重物的质量远小于小车的质量”这一条件如不满足，对这一条件如不满足，对探究过程也不会产生影响探究过程也不会产生影响【解析解析】选选B.B.平衡摩擦力时，不可把重物用细绳通过定滑轮平衡摩擦力时，不可把重物用细绳通过定滑轮系在小车上，即不对小车施加拉力系在小车上，即不对小车施加拉力,在木板无滑轮的一端下面在木板无滑轮的一端下面垫一薄木块，反复移动其位置，直到拖在小车后面的纸带上垫一薄木块，反复移动其位置，直到拖在小车后面的纸带上打出的
12、点间距均匀为止打出的点间距均匀为止,设木板的倾角为设木板的倾角为，则平衡摩擦力后，则平衡摩擦力后有有mg sin =mg cos mg sin =mg cos，即，即=arctan =arctan，与小与小车的质量无关，故每次改变小车的质量时，不需要重新平衡车的质量无关，故每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力摩擦力,A,A错误，错误，B B正确；实验时，应先接通电源，待打点计时正确；实验时，应先接通电源，待打点计时器打点稳定后再放开小车器打点稳定后再放开小车,C,C错误；实验要求重物的质量远小错误；实验要求重物的质量远小于小车的质量，因为只有这样，重物的重力才近似等于细绳于小车的质量，因
13、为只有这样，重物的重力才近似等于细绳对小车的拉力，对小车的拉力，D D错误错误.2.(20112.(2011汕头高一检测汕头高一检测)在在“探究加速度与力、质量的关系探究加速度与力、质量的关系”这一实验中，有两位同学通过测量，分别作出这一实验中，有两位同学通过测量，分别作出a-Fa-F图像，如图图像，如图a a、b b中的中的A A、B B线所示，试分析：线所示，试分析：(1)A(1)A线不通过坐标原点的原因是线不通过坐标原点的原因是 _ _；(2)B(2)B线不通过坐标原点的原因是线不通过坐标原点的原因是 _._.【解析解析】(1)A(1)A线在线在F F轴上有一定的截距，表明轴上有一定的截
14、距，表明F F达到一定的值达到一定的值后小车才开始有加速度，这是由没有平衡摩擦力或平衡摩擦后小车才开始有加速度，这是由没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足引起的力不足引起的.(2)B(2)B线在线在a a轴上有一定的截距，表明轴上有一定的截距，表明F F为零即不加为零即不加F F时小车已经时小车已经有了一定的加速度，这是平衡摩擦力时木板倾角太大，即平有了一定的加速度，这是平衡摩擦力时木板倾角太大，即平衡摩擦力过度引起的衡摩擦力过度引起的.答案：答案：(1)(1)没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足(2)(2)平衡摩擦力过度平衡摩擦力过度3.(20113.(2011广州高一检测
15、广州高一检测)探究物体的加速度与力、质量的关系探究物体的加速度与力、质量的关系实验如下：实验如下：(1)(1)在探究物体的加速度与力的关系时，应保持在探究物体的加速度与力的关系时，应保持_不变，不变，改变施加在物体上的水平拉力改变施加在物体上的水平拉力F F，测出相对应的加速度，测出相对应的加速度a.a.(2)(2)在探究物体的加速度与物体质量的关系时，应保持在探究物体的加速度与物体质量的关系时，应保持_不变，改变物体的质量不变，改变物体的质量m m，测出相对应的加速度，测出相对应的加速度a.a.(3)(3)如果如果 a-a-图像是通过坐标原点的一条直线，则说明图像是通过坐标原点的一条直线，则
16、说明_._.1mA.A.物体的加速度物体的加速度a a与其质量与其质量m m成正比成正比B.B.物体的加速度物体的加速度a a与其质量与其质量m m成反比成反比C.C.物体的质量物体的质量m m与其加速度与其加速度a a成反比成反比D.D.物体的质量物体的质量m m与其加速度与其加速度a a成反比成反比【解析解析】探究物体的加速度与力、质量的关系时利用控制变探究物体的加速度与力、质量的关系时利用控制变量法量法.(1)(1)在探究物体的加速度与力的关系时，应保持质量不变，改在探究物体的加速度与力的关系时，应保持质量不变，改变施加在物体上的水平拉力变施加在物体上的水平拉力F F，测出相对应的加速度
17、，测出相对应的加速度a.a.(2)(2)在探究物体的加速度与物体的质量的关系时，应保持力不在探究物体的加速度与物体的质量的关系时，应保持力不变，改变物体的质量变，改变物体的质量m m，测出相对应的加速度，测出相对应的加速度a.a.(3)(3)数据处理时应画出数据处理时应画出a-Fa-F和和a-a-图像得出物体的加速度与力、图像得出物体的加速度与力、质量的关系，如果质量的关系，如果a-a-图像是通过坐标原点的一条直线，则图像是通过坐标原点的一条直线，则说明物体的加速度说明物体的加速度a a与其质量与其质量m m成反比，成反比，B B正确正确.答案：答案：(1)(1)质量质量 (2)(2)力力 (
18、3)B(3)B1m1m4.4.在在“探究加速度与力、质量的关系探究加速度与力、质量的关系”实验中，我们得到了实验中，我们得到了如图所示的两个实验图像如图所示的两个实验图像a a、b b，描述加速度与质量关系的图，描述加速度与质量关系的图线是线是_，描述加速度与力的关系的图线是，描述加速度与力的关系的图线是_._.【解析解析】a a图中的图像为经过原点的倾斜直线，表明加速度图中的图像为经过原点的倾斜直线，表明加速度a a与横坐标轴所表示的物理量成正比，即与横坐标轴所表示的物理量成正比，即a a图描述了加速度与力图描述了加速度与力的关系的关系.b.b图为双曲线的一支，表明加速度与横坐标轴所表示图为
19、双曲线的一支，表明加速度与横坐标轴所表示的物理量成反比，故的物理量成反比，故b b图描述了加速度与质量的关系图描述了加速度与质量的关系.答案：答案：b ab a5.(20105.(2010江苏高考江苏高考)为了探究受到空气阻力时，物体运动速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，某同学采用了度随时间的变化规律，某同学采用了“加速度与物体质量、加速度与物体质量、物体受力关系物体受力关系”的实验装置的实验装置(如图所示如图所示).).实验时，平衡小车与实验时，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
20、力小车运动的阻力.(1)(1)往砝码盘中加入一小砝码，在释放小车往砝码盘中加入一小砝码，在释放小车_(_(选填选填“之之前前”或或“之后之后”)接通打点计时器的电源，在纸带上打出一系接通打点计时器的电源，在纸带上打出一系列的点列的点.(2)(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 t与速度与速度v v的数据如表：的数据如表：请根据实验数据作出小车的请根据实验数据作出小车的v-tv-t图像图像.(3)(3)通过对实验结果的分析，该同学认为：随着运动速度的增通过对实验结果的分析，该同学认为：随着运动速度的增加，小车所受的空气阻力将
21、变大，你是否同意他的观点？请加，小车所受的空气阻力将变大，你是否同意他的观点？请根据根据v-tv-t图像简要阐述理由图像简要阐述理由.【解析解析】(1)(1)进行本实验时，要求释放小车之前接通打点计时进行本实验时，要求释放小车之前接通打点计时器的电源器的电源.(2)(2)根据所给数据在所给图像中准确描点，图像如图所示根据所给数据在所给图像中准确描点，图像如图所示.(3)(3)由图像可知，速度越大时，其图像斜率越来越小，即加速由图像可知，速度越大时，其图像斜率越来越小，即加速度越来越小，可知小车受到的合力越小，则小车受空气阻力度越来越小，可知小车受到的合力越小，则小车受空气阻力越大越大.答案：答案：(1)(1)之前之前 (2)(2)见解析见解析 (3)(3)同意同意 在在v-tv-t图像中，图像中，速度越大时，加速度越小，小车受到的合力越小，则小车受速度越大时，加速度越小，小车受到的合力越小，则小车受空气阻力越大空气阻力越大.
