资源描述
2实验：探究加速度与力、质量的关系,第四章牛顿运动定律,学习目标,知识探究,典例精析,达标检测,1.学会用控制变量法研究物理规律.,一、实验器材,答案,小车、砝码、小桶、砂、细线、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、纸带、.,知识探究,交流电源,刻度尺,天平,答案,二、实验原理,1.实验的基本思想控制变量法(1)保持研究对象即小车的不变，改变小桶内砂的质量，即改变，测出小车的对应加速度，验证加速度是否正比于作用力.(2)保持小桶中砂的质量不变，即保持不变，改变研究对象即小车的，测出对应不同质量的加速度，验证加速度是否反比于质量.2.要测的物理量(1)小车与其上重物的.(2)小车受的拉力F(小桶和桶内砂的总重力).(3)小车的.,质量,作用力,作用力,质量,总质量M,加速度,3.平衡摩擦力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫一木块，多次移动木块位置，直到轻推小车，使小车在斜面上运动时可保持运动为止.4.在小桶里放入适量的砂，用细线绕过定滑轮系在小车上，在小车上加放适量的砝码，用天平测出小桶和砂的质量m，并记录下来.先，再，待打点计时器在纸带上打好点后取下纸带.并在纸带上标上号码及此时所挂重物的总重力mg.,答案,三、实验步骤,1.用天平测出小车的质量M，并把数值记录下来.2.按图1所示的装置把实验器材安装好.,图1,匀速直线,接通电源,放开小车,5.保持的质量不变，改变砂和小桶的质量，按步骤4再做5次实验.并记录好相应纸带编号及所挂重物的总重力.6.保持砂和小桶的质量不变，在小车上加放砝码，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砝码的总质量M.7.继续在小车上增加砝码，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砝码的总质量M2、M3,答案,小车,四、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,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图象，从而得出a、F之间的关系.,2.把不同质量的小车在相同力的作用下产生的加速度填在表中,五、注意事项,1.实验中应先接通电源后释放小车.2.在平衡摩擦力时，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平衡.3.改变砂的质量过程中，要始终保证砂桶(包括砂)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分布在直线的两侧，但若遇到个别偏离较远的点可舍去.,返回,例1在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，某次实验测得如下数据：当m一定时，a与F的关系如表一所示；当F一定时，a与的关系如表二所示.,典例精析,一、实验方案的设计及数据处理,表一,表二,(1)在如图2所示的相应坐标系中，根据表一、表二所给数据作出图象.,图2,解析答案,总结提升,总结提升,答案(1)作出图象如图所示,总结提升,实验数据的处理方法图象法、“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，然后作出图象，如图3所示，若图象是一条通过原点的直线，就能说明a与F成正比.,图3,2.研究加速度a与质量m的关系如图4甲所示，因为am图象是曲线，检查am图象是不是双曲线，就能判断它们之间是不是反比例关系，但检查这条曲线是不是双曲线，相当困难.若a和m成反比，则a与必成正比.我们采取“化曲为直”的方法，以a为纵坐标，为横坐标，作出a图象，若a图象是一条直线，如图乙所示，说明a与成正比，即a与m成反比.,图4,二、实验注意事项及误差分析,解析答案,例2某实验小组利用图5所示的装置探究加速度与力、质量的关系.,(1)下列做法正确的是_(填字母代号).A.调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行,B.在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上C.实验时，先放开木块再接通打点计时器的电源D.通过增减木块上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度,图5,解析实验中细绳要与长木板保持平行，A项正确；平衡摩擦力时不能将装有砝码的砝码桶通过细绳绕过滑轮拴在木块上，这样无法平衡摩擦力，B项错误；实验时应先接通打点计时器的电源再放开木块，C项错误；平衡摩擦力后，改变木块上的砝码的质量后不再需要重新平衡摩擦力，D项正确.答案AD,(2)图6是甲、乙两同学根据实验数据画出的图象.形成图线甲的原因是_.形成图线乙的原因是_.,图6,解析图线甲中F0时，木块就有了加速度，可见是长木板倾角过大.图线乙中，有了拉力时，加速度仍为0，说明未平衡摩擦力或平衡摩擦力不够.,长木板倾角过大未平衡摩擦力或平衡摩擦力不够,解析答案,三、对实验方法的探究,例3两个相同的小车并排放在光滑水平桌面上，小车前端系上细线，线的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘里分别放有不同质量的砝码(图7甲).小车所受的水平拉力F的大小可以认为等于砝码(包括砝码盘)所受的重力大小.小车后端也系有细线，用一只夹子夹住两根细线(图乙)，控制两辆小车同时开始运动和结束运动.,图7,由于两个小车初速度都是零，运动时间又相同，因为x，即xa，所以只要测出两小车位移x之比就等于测出它们的加速度a之比.,实验结果是：当两小车质量相同时，_；当拉力F相等时，_.实验中用砝码(包括砝码盘)所受的重力Gmg的大小作为小车所受拉力F的大小，这样做会引起实验误差，为了减小这个误差，G与小车所受重力Mg之间需要满足的关系是：_.,解析答案,归纳总结,返回,解析实验过程中，当两小车质量相同时，砝码(包括砝码盘)重力越大，相同时间内位移越大，则加速度越大，进行实验时会发现，加速度与所受拉力成正比；若砝码重力不变，即拉力不变时，质量越大的小车，相同时间内位移越小，即加速度越小，进行测量分析知，加速度与质量成反比.如果砝码(包括砝码盘)的重力G远小于小车的重力Mg时，G近似等于拉力F.答案加速度与拉力成正比加速度与质量成反比GMg,归纳总结,归纳总结,1.控制变量法：当研究多个物理量的变化规律时，为了简便，可设计保持其他物理量不变，只研究剩余两个变化物理量的关系，这种方法叫做控制变量法.两个相同的小车放在光滑水平面上，前端各系一条细绳，绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘中各放数目不等的砝码，就可以验证质量一定的条件下，加速度与力的关系.,2.对比实验法：对比实验法在物理实验中经常用到.两小车后端各系一条细绳，一起被一个夹子夹着而使小车静止(如图8所示).打开夹子，两小车同时开始运动，关上夹子，两小车同时停下来.用刻度尺测出两小车通过的位移，位移之比就等于它们的加速度之比.,返回,图8,达标检测,1.图9甲为“研究加速度和力的关系”的实验装置.在实验操作中，将砝码盘和砝码所受的重力看作小车所受合外力.在保持小车总质量不变的情况下，改变所加砝码的数量，多次重复测量，得到加速度随力的变化规律如图乙所示.,解析答案,图9,(1)分析发现图线的水平轴上有明显的截距(OA不为零)，这是因为_.,解析由所给aF图线知，拉力F增大到一定值时小车才开始运动，表明小车没有被平衡摩擦力或平衡得不够.,未平衡摩擦力或平,衡摩擦力不够,1,2,3,(2)在图乙的aF图线中，AB段基本是一条直线，由此得到，在小车总质量一定的条件下，加速度与小车受到的合外力的关系是_.而BC段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是_.,解析AB为一条直线，表明在细线的拉力(即砝码盘及砝码的重力)比较小的情况下，小车的加速度与它所受合外力成正比；BC段成曲线的原因是砝码盘和砝码的总质量太大了，不再满足远小于小车的质量这一重要条件.,小车的加速度与所受的合外力成正比砝码盘和砝码的总质量过大,解析答案,1,2,3,2.在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，为了消除打点计时器和木板对小车阻力的影响，关于该操作环节，下列四种装置图中正确的是(),解析依靠重力来平衡阻力，同时阻力包含纸带与打点计时器之间的摩擦，故操作为：需要连上纸带，但是不能挂重物，把打点计时器所在的一端垫高.故B正确，A、C、D错误.,解析答案,B,1,2,3,3.为了探究加速度与力的关系，使用如图10所示的气垫导轨装置进行实验.其中G1、G2为两个光电门，它们与数字计时器相连，当滑行器通过G1、G2光电门时，光束被遮挡的时间t1、t2都可以被测量并记录.滑行器连同上面固定的一条形挡光片的总质量为M，挡光片宽度为D，光电门间距离为x，牵引砝码的质量为m.回答下列问题：,图10,1,2,3,(1)实验开始应先调节气垫导轨下面的螺钉，使气垫导轨水平，在不增加其他仪器的情况下，如何判定调节是否到位？,解析答案,解析取下牵引砝码，滑行器放在任意位置都不动，或取下牵引砝码，轻推滑行器，数字计时器记录每一个光电门的光束被遮挡的时间t都相等.,1,2,3,(2)若取M0.4kg，改变m的值，进行多次实验，以下m的取值不合适的一个是_.A.m15gB.m215gC.m340gD.m4400g,解析答案,解析本实验只有在满足mM的条件下，才可以用牵引砝码的重力近似等于对滑行器的拉力，所以D是不合适的.,D,1,2,3,(3)在此实验中，需要测得每一个牵引力对应的加速度，其中求得的加速度a的表达式为：_.(用t1、t2、D、x表示),1,2,3,解析答案,返回,
展开阅读全文