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1、【实验目的】 1.会用控制变量法研究物理规律。 2.能够通过实验探究加速度与力、质量的关系。 3.学会用图像法处理数据得出结论。,【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,改变拉力F,探究加速度a与力F的关系。 (2)控制砝码和小盘的质量m不变,即力F不变,改变小车的质量M,探究加速度a与质量M的关系。,2.要测量的物理量： (1)小车与其上钩码的总质量M。 (2)小车受的拉力F(小盘和盘内砝码的总重力)。 (3)小车的加速度a。,3.测量加速度的方案： (1)应用纸带测加速度：在小车后面安装一条通过打点计时器 限位孔的纸带,接通打点计时器电源后释放小车,打出一条纸
2、带。然后,根据在匀变速直线运动中连续相等的时间间隔T内的 位移之差x=aT2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 度尺测量位移并用秒表测量时间,然后由a= 算出a。,(3)应用“加速度与位移成正比”：物体做初速度为零的匀加 速直线运动时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,则位移之比就是加速度之 比,即,【实验器材】 打点计时器、纸带、复写纸、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘、钩码(100g)4个、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平(带有一套砝码)、刻度尺。
3、,【实验过程】 一、实验步骤 1.用天平测量小盘的质量m0和小车的质量M0,并把数值记录下来。 2.按图将实验器材安装好(小车上不系绳)。,3.平衡摩擦力。把木板无滑轮的一端下面垫一薄木板,反复移动其位置,使小车在不挂小盘和砝码的情况下,能沿木板做匀速直线运动(直到打点计时器打出的纸带上相邻点的间距相等)。 4.把小车停放在打点计时器处,挂上小盘和砝码,先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此时所挂小盘和砝码的总重力m1g。,5.保持小车的质量不变,改变小盘中砝码的质量,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小盘和砝码的总重力m2g、m3g
4、 6.保持小车所受的合外力不变,在小车上加钩码,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钩码的总质量M1。,7.继续在小车上增加钩码,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钩码的总质量M2、M3 8.用公式x=aT2或a= 求得小车的加速度a,将得到的数据填入相应表格中,以便进行数据验证。,二、数据处理 1.把小车在不同力作用下产生的加速度填在表中：,实验数据分析：根据记录的数据,作出a -F 图像,即在图中描点、连线。通过连线可知, 在误差允许的范围内,所描绘的各点大致分 布在同一条过坐标原点的直线上。,2.把不同质量的小车
5、在相同力的作用下产生的加速度填在表中：,实验数据分析：根据记录的数据作出力F不变时a-M图像。在坐 标纸上描点、连线,a-M图像如图甲所示,则由图可知当F不变 时,M越大,a越小,故F不变时,a与M有可能成反比,由此可知a-M 图像不易反映出相应规律;若a与M成反比,则a与 成正比,故 作出F不变时a- 的关系图像,如图乙所示。,3.实验结论： (1)保持物体质量不变时,物体的加速度a与所受力F成正比。 (2)在力F不变时,物体的加速度a与质量M成反比。,【误差分析】 1.因实验原理不完善造成系统误差：实验中用小盘和砝码的总重力代替小车受到的拉力(实际上小车受到的拉力要小于小盘和砝码的总重力)
6、,存在系统误差;小盘和砝码的总质量越接近小车的质量,误差就越大;反之,小盘和砝码的总质量越小于小车的质量,误差就越小。,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。,【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砝码的质量还是改变小车及钩码的质量,都不需要重新平衡摩擦力。 2.实验中必须满足小车和钩码的总质量远大于小盘和砝码的总质量。,3.改变拉力和小车质量后,
7、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前按住小车。 4.作图像时,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。若遇到个别偏离较远的点可舍去。,类型1 实验仪器的选取问题 【典题1】在“探究加速度与力、质量的关系”实验时,已提供了小车、一端附有定滑轮的长木板、纸带、带小盘的细线、刻度尺、天平、导线。为了完成实验,还须从图中选取实验器材,其名称是 (漏选或全选得零分),并分别写出所选器材的作用_。,【标准解答】电磁打点计时器用来打点计时,以便测定加速度,要配备46V学生电源(交流电源)为其供电,通过改变砝码个数来改变拉力大
8、小;钩码放在小车上来调节小车质量。也可用电火花计时器来代替学生电源和电磁打点计时器,因为电火花计时器使用220V交流电,不使用学生电源。,答案：学生电源、电磁打点计时器、钩码、砝码(或电火花计时器、钩码、砝码) 学生电源为电磁打点计时器提供交流电;电磁打点计时器(电火花计时器)记录小车的位置和时间;钩码用以改变小车的质量;砝码用以改变小车受到拉力的大小,还可以用于测量小车的质量。,类型2 实验数据的处理及误差分析 【典题2】在“探究加速度与力、质量的关系”实验中,某同学使用了如图所示的装置,打点计时器的打点频率为50Hz。,(1)该同学得到一条纸带,在纸带上取连续的六个计时点,如图 所示,相邻
9、两点间的距离分别为10.0mm、12.0mm、14.0mm、 16.0mm、18.0mm,则打E点时小车的速度为 m/s,打A、F 两点的过程中小车的平均速度为 m/s,小车的加速度为 m/s2。,(2)该同学要探究小车的加速度a和质量M的关系,应该保持拉力 不变;得到多组数据后他应描绘的图像是 (选填a-M 还是a- )。,(3)该同学通过对数据的处理作出了a-F图像如图所示,则 图中的直线不过原点的原因是 。 此图中直线发生弯曲的原因是 。,【标准解答】(1) 由xaT2可得,(2)在拉力一定时,a与M成反比,故得到多组数据后他应描绘的 图像是a- ; (3)由图像可知,当拉力为0时小车的加速度大于0,故直线不 过原点的原因是平衡摩擦阻力时角度过大; 要使绳子所挂沙和沙桶的重力的大小作为细绳对小车拉力的 大小,必须使mM,否则将会出现较大误差,当沙和沙桶的质量 过大时,沙和沙桶的重力与绳的拉力有较大的差异,从而产生很 大的误差。,答案：(1)0.85 0.7 5 (2)a- (3)平衡摩擦阻力时角度过大 沙和沙桶的质量过大,不再满足mM,