实验探究加速度与力、质量的关系

,*,*,*,第,4,章第,2,节 实验 探究加速度与力、质量的关系,一、,实验目的,1.,探究加速度与力的定量关系。,2.,探究加速度与质量的定量关系。,二、实验原理,采用控制变量法,1.,当质量一定时，研究加速度与合外力的关系,a,F,合,。,2.,当力一定时，研究加速度与质量的关系,a,1/,m,。,m,F,1,m,F,2,F,1,F,2,m,2,F,m,1,m,2,m,1,F,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,。,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,。,注意：这里的力指的是物体所受的合外力,控制变量法,先要明确几个问题,2.,如何由实验得出结论,?,1.,怎么设计这个实验,?,测量哪些量,?,怎么测量,?,a,、,F,、,m,求出物体所受的合力,m,：,a,:,F,:,天平,？,数据处理,m,不变时，,a,与,F,关系,F,不变时，,a,与,m,关系,钩码,纸带,打点,计时器,小车,小车,:,打点计时器,:,测量小车运动过程中的加速度,钩码：重力提供拉力,研究对象，可用天平称其质量,合力,F,= ?,G,F,N,F,f,测加速度法,实验装置,1.,合外力在什么时候等于线的拉力？,2.,线的拉力在什么时候等于钩码的重力？,平衡摩擦力：将长木板平放在实验桌上，在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木板，反复移动薄木板的位置，直至小车在斜面上运动时以保持匀速运动状态，这时小车受到的摩擦力,(,包括小车所受摩擦力和打点计时器对小车之后所拖纸带的摩擦力,),恰好与小车所受的重力在斜面方向上的分力平衡。,理论计算表明：在,钩码质量远小于小车质量,时，线的,拉力近似等于钩码的重力,。,砝码，一端有定滑轮的长木板，细线，纸带，导线，夹子，小盘，天平，小车，打点计时器，交流电源，复写纸，刻度尺。,三,、实验器材,1,用天平测出小车和重物的质量，并把数值记录下来。,2,按图所示将实验器材安装好,(,小车上不系绳,),。,四,、实验步骤,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。,5,保持小车的质量不变，改变所挂重物的重力，重复步骤,4,，多做几次实验，每次小车从同一位置释放，并记录好重物的重力，以及计算出相应纸带的加速度填入表格,1,。,实验步骤,实验步骤,实验步骤,五,、数据处理,数据处理,F,/ N,a,/ms,-2,0.15,0.30,0.45,0.60,0.75,0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5,0.10 0.146,0.20 0.302,0.30 0.428,0.40 0.592,0.50 0.751,1.,探究加速度与合力的关系,如何更直观地处理数据？,m/ kg,a/ms,-2,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2,0.400 0.861,0.500 0.692,0.750 0.470,1.000 0.352,1.200 0.290,2.,探究加速度与质量的关系,1/,m,(kg,-1,),a/ms,-2,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5,（三）实验结论,m,一定时，,a,F,F,一定时，,a, 1/,m,F,/ N,a,/ms,-2,0.15,0.30,0.45,0.60,0.75,0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5,1/,m,(kg,-1,),a,/ms,-2,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5,1,在实验中，我们认为钩码的重力就等于小车所受的合力但这是有误差的，只有在小车质量比较大，钩码重力比较小，且木板合理倾斜的情况下，实验结果才比较理想,2,在长度测量过程中也存在偶然误差，可多次测量取平均值,3,利用描点作图时使尽量多的点在直线上，不能在直线上的点尽量对称分布于直线两侧，离直线较远的点看做是错误的数据，可舍去不予考虑,六、误差分析,1,平衡摩擦力时不要挂重物，整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变盘和砝码的质量，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砝码的总质量。只有如此，砝码和小盘的总重力才可视为与小车受到的拉力相等。,3,各纸带上的加速度,a,，都应是该纸带上的平均加速度。,七、注意事项,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，可舍去不予考虑。,5,释放时小车应靠近打点计时器且先接通电源再放开小车。,七、注意事项,保持力不变,设计,对比,实验,保持小车,质量不变,另一个方案,（一）实验方案原理,x,1,x,2,F,1,F,2,在相同的时间内，两小车移动的距离分别为,:,a,1,/,a,2,=,x,1,/,x,2,测量出,x,1,、,x,2,1.,控制,m,不变，探究,a,与,F,的关系。,2.,同理，控制,F,相同，探究,a,与,m,的关系。,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,位移,x,1,/cm,位移,x,2,/cm,(,M, +,m,2,),(,表示,F,2,大小,),盘中砝码,m,2,300 0 10,50,20,30,40,60,盘中砝码,m,1,(,M, +,m,1,),(,表示,F,1,大小,),70,F,2,/,F,1,x,2,/,x,1,O,x,2,x,1,F,2,F,1,结论：,m,一定时，,a,F,a,F,a,1,a,2,为什么,x,2,/,x,1,可以表示小车,2,的加速度,a,?,为什么,F,2,/,F,1,可以表示小车,2,所受的拉力,F,?,保持物体所受的,力相同,，测量不同质量的物体在该力作用下的加速度，分析加速度与质量的关系,位移,x,1,/cm,位移,x,2,/cm,M,+,m,2,车上砝码,m,2,300 6 50,100,50,150,200,250,车上砝码,m,1,M,+,m,1,300,小车,1,质量,M,1,小车,2,质量,M,2,x,2,/,x,1,O,M,2,/,M,1,x,2,x,1,M,2,M,1,M,1,/,M,2,M,1,M,2,a,1,a,2,x,2,/,x,1,O,m,1,a,结论：,F,一定时，,a,1/,m,为什么,x,2,/,x,1,可以表示小车,2,的加速度,a,?,为什么,M,2,/,M,1,可以表示小车,2,的质量,m,?,为什么,M,1,/ M,2,又表示小车,2,的,1/,m,?,（二）误差分析,1,小车质量,m,应比重物的质量,m,大得多，其原理将在后面的牛顿运动定律的应用中专门讨论。二者差距越小，图象线性越差。,2,夹口的密合性能，是造成误差的原因之一。由于小车的质量和速度较大，夹子不易夹住小车的后拖线；有些时候夹子夹住一根拖线，而另一根未被夹住，对应小车仍向前运动，这些都是造成位移误差的原因。,3,小车运动停止时不能与定滑轮相碰。如果小车碰到定滑轮才松手让夹子夹住拖线，则与定滑轮相碰的小车位移偏小，产生误差。,【答案】（,1,）,乙 、,接线柱应接在交流电上,、,电压应选择,6V,档,（,2,）,乙,（,3,）,实验前该同学未平衡（或未完全平衡）摩擦力,谢谢观赏,