河北地区高中物理第四章牛顿运动定律4.2实验：探究加速度与力质量的关系学案无解答新人教必修.docx

第四章 4.2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、实验原理采用控制变量法：1保持物体质量m不变，探究加速度a与力F的关系2保持物体所受的力相同，探究加速度a与质量m的关系三、实验器材一端附有定滑轮的长木板；小车；带小钩的细绳；沙子和小桶；打点计时器；纸带及复写纸片；刻度尺；低压交流电源、导线；砝码；天平(带有一套砝码)四、实验步骤1用天平测出小车和小桶的质量M和m桶，把数值记录下来2按图421所示把实验器材安装好，只是不把悬挂小桶的细绳系在小车上(即不给小车加牵引力). 3平衡摩擦力4把细绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂小桶，先接通电源再放开小车，取下纸带，在打点纸带上标上纸带号码5保持小车的质量不变，在小桶内放入质量为m的沙，重复步骤4，在小桶内放入质量为m、m、的沙，再重复4，m、m、m、的数值都要记录在纸带上(或表格内)6在每条纸带上都选取一段比较理想的部分，按“测定匀变速直线运动的加速度”实验中的方法算出每条纸带的加速度a.7用纵坐标表示加速度，横坐标表示力，根据实验结果在坐标平面上画出相应的点若这些点在一条直线上，便证明了加速度与作用力成正比，即或aF.8保持沙和小桶的质量不变，在小车上依次加砝码(也需做好记录)，重复上述步骤4和步骤6.用纵坐标表示加速度，横坐标表示小车及砝码总质量的倒数，在坐标平面上根据实验结果画出相应的点如果这些点是在一条直线上，就证明加速度与质量成反比，即或a.五、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4小车应靠近打点计时器且先接通电源再放手. 【学习任务】一、实验原理和注意的问题例1 在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，下列说法中正确的是( )A平衡摩擦力时，托盘应用细线通过定滑轮系在小车上，但托盘内不能装砝码B实验中无需始终保持小车和砝码的总质量远远大于托盘和砝码的质量C实验中如用纵坐标表示加速度，用横坐标表示小车和车内砝码的总质量，描出相应的点在一条直线上时，即可证明加速度与质量成反比D平衡摩擦力时，小车后面的纸带必须连好，因为运动过程中纸带也要受阻力拓展：在“探究牛顿第二定律”的实验中，为了探究滑块质量m0不变时，加速度与外力F的定量关系，砝码质量m和滑块质量m0分别选取下列四组值：Am0500 g，m分别为50 g,70 g,100 g,125 gBm0500 g，m分别为20 g,30 g,40 g,50 gCm0200 g，m分别为50 g,75 g,100 g,125 gDm0200 g，m分别为30 g,40 g,50 g,60 g若其他操作都正确，那么在选用_组值测量时所画出的aF图线较准确方法总结1平衡摩擦力是指小车所受动力(重力沿斜面向下的分力)与小车所受阻力(包括小车所受摩擦力和打点计时器对小车后所拖纸带的摩擦力)大小相等实验中应在小车后拖上纸带，先接通电源，再用手给小车一个初速度，若纸带上打出的点的间隔基本上均匀，就表明平衡了摩擦力，否则须重新调整小木块位置2在探究a与m的关系时，是通过作a的图象，特点是正比关系，而得到a与m成反比关系的3实验中是把沙和沙桶所受的总重力mg视为车和砝码所受力，因此，实验操作时必须满足mM的条件，不得随意增大m或者减小M，以至于出现较大的实验误差. 二、实验操作问题例2 用如图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：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，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_步实验之后(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_方法总结：1实验操作中应注意平衡摩擦力整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变托盘和砝码的质量，还是改变小车的质量，都不需要重新平衡摩擦力平衡摩擦力是指小车所受重力沿斜面的分力与小车所受阻力(包括小车所受摩擦力和打点计时器对小车后面所拖纸带的摩擦力)大小相等即mgsin mgcos ，tan ，与小车的质量无关2应注意先对打点计时器通电，待打点稳定后再释放小车. 三、数据处理和误差分析例3 某同学设计了一个探究加速度a与物体所受合力F及质量m关系的实验，如图422所示，图甲为实验装置简图(交流电的频率为50 Hz)图422(1)图乙为某次实验得到的纸带，根据纸带可求出小车的加速度大小为_m/s2(保留两位有效数字) (2)保持砂和砂桶质量不变，改变小车质量m，分别得到小车加速度a与质量m及对应的，数据如下表：实验次数12345678小车加速度a/(ms2)1.901.721.491.251.000.750.500.30小车质量m/kg0.250.290.330.400.500.711.001.67/kg14.003.453.032.502.001.411.000.60请在如图423所示的方格坐标纸中画出a图线，并依据图线求出小车加速度a与质量倒数之间的关系式是_图423(3)保持小车质量不变，改变砂和砂桶质量，该同学根据实验数据作出了加速度a随合力F的变化图线，如图424所示该图线不通过原点，请你分析其主要原因是_图424方法总结：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2对比实验法：两个相同的小车放在光滑水平板上，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(如图下图所示)打开夹子，两小车同时开始运动，关上