《2018版高中物理第四章牛顿运动定律2实验：探究加速度与力质量的关系学案新人教版必修12017080.wps》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2018版高中物理第四章牛顿运动定律2实验：探究加速度与力质量的关系学案新人教版必修12017080.wps（7页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、2 2 实验：探究加速度与力、质量的关系 一、实验目的 1学会用控制变量法研究物理规律 2探究加速度与力、质量的关系 3掌握利用图象处理数据的方法 二、实验原理 1探究方法控制变量法 (1)控制小车的质量 M 不变，讨论加速度 a 与力 F 的关系 (2)控制砝码和小盘的质量不变，即力 F 不变，改变小车的质量 M，讨论加速度 a 与 M 的 关系 2要测量的物理量 (1)小车与其上砝码的总质量 M用天平测出 (2)小车受的拉力 F用天平测出小盘和盘内砝码的总质量 m，由 Fmg 算出 (3)小车的加速度 a通过打点计时器打出的纸带测算出 3测量加速度的方案 (1)应用纸带测加速度 在运动物体
2、上安装一条连接打点计时器的纸带，根据纸带上打出的点来测量加速度前面 所述的实验方案就是利用这种方法求取加速度的它是根据在匀变速直线运动中，连续相等的 时间 T 内的位移之差xaT 2求出加速度 (2)应用匀变速运动规律求加速度 如果物体做初速度为零的匀加速直线运动，那么，测量物体加速度最直接的办法就是用刻 2x 度尺测量位移并用秒表测量时间，然后由 a 算出 T 2 (3)应用加速度与位移成正比 2x 由于 a ，如果测出两个初速度为零的匀加速运动在相同时间内发生的位移为 x1、x2， T 2 a1 x1 则位移之比就是加速度之比，即： . a2 x2 三、实验器材 打点计时器、纸带、复写纸、
3、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘、砝码、夹子、细绳、 低压交流电源、导线、天平(带有一套砝码)、刻度尺 1 一、实验步骤 1用天平测出小车和重物的质量分别为 M0、m0，并把数值记录下来 2按图 421 将实验器材安装好(小车上不系绳) 图 421 3平衡摩擦力，在木板无滑轮的一端下面垫一薄木板，反复移动其位置，直到打点计时 器正常工作后不挂重物的小车在斜面上做匀速直线运动为止(纸带上相邻点间距相等) 4将重物通过细绳系在小车上，接通电源放开小车，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此时所挂重物的重力 m0g. 5保持小车的质量不变，改变所挂重物的重力，重复步骤 4，多做
4、几次实验，每次小车 从同一位置释放，并记录好重物的重力 m1g、m2g、以及计算出相应纸带的加速度填入表格 1. 表格 1 物体的质量一定，加速度与受力的关系 实验次数 加速度 a/(ms2) 小车受力 F/N 1 2 3 4 5 6.保持托盘中所放重物的质量不变，在小车上加放砝码，并测出小车与所放砝码的总质量 M，接通电源，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 7继续在小车上加放砝码，重复步骤 6，多做几次实验，在每次得到的纸带上标上号 码 8计算出每次实验所得纸带的加速度值及小车与砝码的总质量填入表格 2. 表格 2 物体受到的外力一定，加速度与质量的关系 实验次
5、数 加速度 a/(ms2) 1 小车与砝码总质量 M/kg 小车与砝码总质量的倒数 M 2 /kg1 1 2 3 4 5 二、数据处理 1计算法 a1 F1 a1 M2 测得加速度或加速度之比(等于位移之比)后，通过计算看看是否满足 、 . a2 F2 a2 M1 2图象法 (1)分析加速度和力的关系 依据表格 1，以加速度 a 为纵坐标，以外力 F 为横坐标，作出 aF 关系图象，如图 422 所示，由此得出结论 图 422 (2)分析加速度和质量的关系 1 1 依据表格 2，以加速度 a 为纵坐标，以小车及砝码的总质量 M 或 为横坐标作出 aM 或 a M M 关系图象，如图 423 所
6、示，据图象可以得出结论 图 423 (3)实验结论：物体的加速度与作用在物体上的合外力成正比，与物体的质量成反比 三、注意事项 1平衡摩擦力时不要挂重物，整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变小盘和重物的 质量还是改变小车及砝码的质量，都不需要重新平衡摩擦力 2实验中必须满足小车和砝码的总质量远大于小盘和重物的总质量只有如此，重物和 小盘的总重力才可视为与小车受到的拉力相等 3小车应靠近打点计时器且先接通电源再放手 3 4作图象时，要使尽可能多的点在所作直线上，不在直线上的点应尽可能对称分布在所 作直线两侧离直线较远的点是错误数据，舍去不予考虑 四、误差分析 产生原因 减小方法 质量测量不准、
7、计数点间距 多次测量求平均值 测量不准 偶然 准确平衡摩擦力 小车所受拉力测量不准 误差 使细绳和纸带平行于木板 使尽可能多的点落在直线上或均匀分布在直 作图不准 线两侧，误差较大的点舍去 系统 小盘及重物的总重力代替 使小盘和重物的总质量远小于小车的质量 误差 小车所受的拉力 实验探究 1 实验操作与步骤 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用天平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砂桶； D将电磁打点计时器接在 6 V 电压的蓄电池上，
8、接通电源，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的质量； E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； F分析每条纸带，测量并计算出加速度的值； G作 aM关系图象，并由图象确定 aM关系 (1)该同学漏掉的重要实验步骤是 ，该步骤应排在 步骤之后 (2)在上述步骤中，有错误的是 ，应把 改为 (3)在上述步骤中，处理不恰当的是 ，应把 改为 4 【解析】 本题主要考查对实验原理和实验步骤的理解和分析，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，故必须平衡摩擦力电磁打点计时器 接在 6 V
9、 电压的蓄电池上将无法工作，必须接在 6 V 以下交流学生电源上作 aM关系图象，得 1 到的是双 “曲线，很难作出正确的判断，必须 化曲为直”，改作 a 关系图象 M 【答案】 (1)平衡摩擦力 B (2)步骤 D 6 V 电压的蓄电池 6 V 以下交流学生电源 1 (3)步骤 G aM a M 实验探究 2 数据的分析与处理 利用计算机辅助实验系统可定量研究加速度 a与作用力 F及小车质量 m的关系. 【导学号：57632067】 (1)当小车质量 m一定时，测得小车在不同拉力 F作用下运动的加速度 a.得到如图 425 甲所示的 aF图线后，并由此得出结论： (2)当作用力 F一定时，测
10、得小车加速度 a与小车质量 m的关系如表所示. a/(ms2) 4.0 2.7 2 1.6 1.3 1.0 m/kg 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.8 为了清晰明确的研究 a与 m的准确的定量关系，在如图乙图象的横轴括号中，应填上对应 的物理量的符号为 ，并得出结论： 甲 乙 图 425 【解析】 (1)当小车质量 m一定时，aF图象是过原点的直线，根据图象结合数学知识 可知：质量一定，加速度与外力成正比 1 (2)根据牛顿第二定律可知 Fma，因此若画出 a 的关系，可以更加直观的得出结论，具 m 体图象如下所示： 5 因此由图象可知：外力一定，加速度与质量的倒数成正比，即与质量成反比 【答案】 (1)质量一定，加速度与外力成正比 1 (2) 外力一定，加速度与质量成反比 m 6