2018高中物理人教必修一课件:第四章 第2节 实验:探究加速度与力、质量的关系

发布于:2021-09-25 01:06:41

第2节 实验:探究加速度与力、质量的关系 一、实验目的 1.学会用“控制变量法”探究加速度与力、质量的 定量关系。 2.会用图像表示加速度与质量、加速度与力之间的 关系。 二、实验原理 实验的基本思路 ——控制变量法 1.保持研究对象即小车的质量不变,改变小桶内砂的质 量,即改变作用力,测出小车的对应加速度,验证加速度是 否与作用力成正比。 2.保持小桶中砂的质量不变,即保持作用力不变,改变 研究对象即小车的质量,测出小车的对应加速度,验证加速 度是否与质量成反比。 三、实验器材 小车、砝码、小桶、砂、细绳、一端附有定滑轮的长木板、 垫木、打点计时器、交流电源、纸带、刻度尺、天*。 四、方案设计 1.三个物理量的测量方法 ——*似法 (1)小车质量的测量:利用天*测出,在小车上增减砝码可改 变小车的质量。 可以认为小桶和砂的重力*似等于小车所受的拉力 (合外力 )。 (3)加速度的测量:由纸带根据公式 Δx= aT2,结合逐差法计 算出小车的加速度。 (2)拉力的测量: 当小桶和砂的质量远小于小车质量的情况下, 2.实验数据的处理方法——图像法、“化曲为直”法 (1)研究加速度 a 和力 F 的关系 以加速度 a 为纵坐标,力 F 为横坐标,根据测量数据描 点,然后作出图像,如图 421 所示,若图像是一条通过原 点的直线,就能说明 a 与 F 成正比。 图 421 (2)研究加速度 a 与质量 m 的关系 如图 422 所示,因为 am 图像是曲线, 检查 am 图像是不 是双曲线,就能判断它们之间是不是反比例关系,但检查这条 1 曲线是不是双曲线,相当困难。若 a 和 m 成反比,则 a 与 必 m 1 成正比。我们采取“化曲为直”的方法,以 a 为纵坐标,以 为 m 1 1 横坐标,作出 a- 图像,若 a- 图像是一条过原点的直线,说明 m m 1 a 与 成正比,即 a 与 m 成反比。 m 图 422 五、实验步骤与数据处理 1.用天*测出小车的质量 M,并把数值记录下来。 2.按如图 423 所示的装置把实验器材安装好(小车上 先不系绳)。 图 423 3.*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.在小桶里放入适量的砂,用细绳绕过定滑轮系在小车 上, 在小车上加放适量的砝码, 用天*测出小桶和砂的质量 m, 记录下来。接通电源,放开小车,待打点计时器在纸带上打好 点后取下纸带,并设计表格如下。 次数 小车加速度a/(m·s-2) 砂和小桶的质量m/kg 拉力F/N 1 2 3 4 5 6 5.保持小车的质量不变,改变砂和小桶的质量,按步骤 4 做 6 次实验。 6. 在每条纸带上选取一段比较理想的部分, 算出每条纸 带对应的加速度的值,填入表格中。 7.用纵坐标表示加速度,横坐标表示作用力,根据实验 结果画出小车运动的 aF 图像,从而得出 a、F 之间的关系。 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,求出相应的加速度,并设计表格如下。根据实验结 1 果画出小车运动的 a- 图像,从而得出 a、M 之间的关系。 M 次数 小车加速度a/(m·s-2) 小车质量M/kg /kg-1 1 2 3 4 5 6 9.整理实验器材,结束实验。 六、误差分析 产生原因 质量测量不准、计数点 间距测量不准 偶然 误差 减小方法 多次测量求*均值 ①准确*衡摩擦力 小车所受拉力测量不准 ②使细绳和纸带*行于木板 作图不准 使尽可能多的点落在直线上 或均匀分布在直线两侧,误 差较大的点舍去 使小桶和砂的总质量远小于 小车的质量 系统 小桶及砂的总重力代替 误差 小车所受的拉力 七、注意事项 1.打点前小车应靠*打点计时器且应先接通电源后释 放小车。 2.在*衡摩擦力时,不要悬挂小桶,但小车应连着纸 带且接通电源。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*衡。 3.改变砂的质量的过程中,要始终保证砂和小桶的质 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的对称分布在直线的两侧,但若遇到 个别偏离较远的点可舍去。 [例 1] 用如图 424 所示的装置研究在作用力 F 一定 时,小车的加速度 a 与小车质量 M 的关系,某位同学设计 的实验步骤如下: 图 424 A.用天*称出小车和小桶及内部所装砂子的质量; B.按图装好实验器材; C.把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂小桶; D.将电磁打点计时器接在 12 V 电压的蓄电池上; E.先放开小车,再接通电源,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; F.保持小桶及其中砂子的质量不变,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; G.分析每条纸带,测量并计算出加速度的值; H.作 aM 关系图像,并由图像确定 a、 M 之间的关系。 (1)该同学漏掉的重要实验步骤是 ________,该步骤应排在 ________ 步实验之后。 (2) 在上述步骤中,有错误的是 ________ 、 __________ ,应修改为 ___________________________________________。 (3) 在上述步骤中,处理不恰当的是 ________ ,应把 ________ 改为 ________。 [ 解析 ] 实验中把小桶及其中砂子的重力看做与小车所受 拉力大小相等,没有考虑摩擦力,故必须*衡摩擦力。电磁打 点计时器接在 12 V 电压的蓄电池上将无法工作,必须接在 6 V 以下交流电压的学生电源上。实验时,应先接通电源,再放开 小车。作 aM 关系图像,得到的是

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