高中物理 第四章 第二课时 实验：探究加速度与力、质量的关系学案 新人教版必修1.doc

第二课时实验：探究加速度与力、质量的关系实验目的1学会用控制变量法探究物理规律2探究加速度与力、质量的关系实验原理控制变量法在探究加速度与力、质量三者关系时，先让其中一个量保持不变来探究其他两个量之间的关系1探究加速度与力的关系的基本思路保持物体的质量不变，测量物体在不同力的作用下的加速度，分析加速度与力的关系2探究加速度与质量的关系的基本思路保持物体所受的力不变，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3实验方案这个实验中需要测量的物理量有三个：物体的加速度、物体所受的力、物体的质量质量用天平测量，因此本实验要解决的主要问题是怎样测量加速度和物体所受的力(1)怎样测量(或比较)物体的加速度：在运动物体上安装一条穿过打点计时器的纸带，根据纸带上打出的点来测量加速度在这个实验中也可以测加速度与其他量之间的比例关系测量不同情况下(即不同受力、不同质量时)物体加速度的比值就可以了由于初速度为零时，a，如果测出这两个初速度为零的匀加速直线运动在相同时间内发生的位移x1、x2，位移之比就等于加速度之比，即.(2)怎样提供和测量物体所受的恒力：设计的实验装置如图所示对此实验中力的理解：除了在真空中抛出或落下的物体(仅受重力)外，仅受一个力的物体几乎是不存在的然而，一个单独的力的作用效果与跟它大小、方向都相同的合力的作用效果是相同的，因此，实验中的力f的含义可以是物体所受的合力平衡摩擦力：如图所示，纸带穿过打点计时器为了消除摩擦力对小车的影响，可将木板无滑轮的一端稍微垫高一些，用小车的重力的分力来抵消它所受到的摩擦力，直到小车不挂重物时能在木板上匀速运动为止当挂上重物时，只要重物的质量远小于小车的质量，那么我们可近似认为托盘和砝码所受的重力大小等于小车的所受的合力的大小增减盘中砝码的个数可改变小车所受到的合力(3)怎样由实验结果得出结论：根据实验数据以a为纵坐标、f为横坐标，和以a为纵坐标、为横坐标作出图象如果图象是过原点的直线，则说明加速度与力成正比与质量成反比实验器材打点计时器、纸带、复写纸片、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按如下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，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(所打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/n123456.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数据处理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的关系图象，如图所示，由此得出结论2分析加速度和质量的关系依据表格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关系图象如图所示，根据图象可以得出结论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注意事项1平衡摩擦力时不要挂重物，而且平衡了摩擦力后，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3各纸带上的加速度a，都应是该纸带上的平均加速度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小车应靠近打点计时器且先接通电源再放手误差分析1因实验原理不完善造成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)，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)平衡摩擦力不准造成误差；木板与桌面倾角偏大，会使小车合外力偏大；倾角偏小，则小车所受合外力偏小注意小车做匀速直线运动是恰好平衡摩擦力的标志1在本实验中，下列说法中正确的是(d)a平衡摩擦力时，小盘应用细线通过定滑轮系在小车上，但小盘内不能装重物b实验中无须始终保持小车和砝码的质量远远大于盘和重物的质量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到阻力2在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，下列说法中正确的是(abd)a为了减小实验误差，悬挂物的质量应远小于小车和砝码的总质量b为减小小车、纸带受到摩擦力对实验的影响，需把小车运动平面起始端略垫高c实验结果采用描点法画图象，是为了减小误差d实验结果采用a坐标作图，是为了根据图象直观地作出判断3在探究牛顿第二定律的实验中，我们利用了“控制变量法”当保持外力不变的情况下，由实验得出a图象是通过原点的一条直线，这说明(b)a物体的加速度大小与质量成正比b物体的加速度大小与质量成反比c物体的质量与加速度大小成正比d物体的质量与加速度大小成反比4利用如图甲所示的装置探究“质量一定，加速度与力的定量关系”实验时，甲同学根据实验数据画出的小车加速度a和小车所受拉力f的图象如图乙中的直线所示，乙同学画出的af图象如图乙中的直线所示直线、在两个坐标轴上的截距都比较大，明显超出了误差范围，下面关于形成这种状况原因的解释正确的是(bc)a实验前甲同学没有平衡摩擦力b甲同学在平衡摩擦力时，把长木板不带滑轮的一端垫得过高了c实验前乙同学没有平衡摩擦力d乙同学在平衡摩擦力时，把长木板不带滑轮的一端垫得过高了解析：在探究“质量一定，加速度与力的定量关系”时，应当消除摩擦力这个因素：将长木板不带滑轮的一端用木块垫高，使长木板形成一个坡度很小的斜面，调整所垫木块的高度，使得小车的重力沿斜面向下的分力恰好和小车所受的摩擦力平衡，这样砝码的重力g可看做小车所受的合力若小车在不受拉力的情况下能够在木板上匀速运动，就说明恰好平衡了摩擦力图线表明不对小车施加拉力小车就有加速度，说明平衡摩擦力过度，即长木板不带滑轮的一端垫得过高了图线表明对小车施加一个较小的力，小车也没有加速度，说明乙同学没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足，即长木板不带滑轮的一端没有垫木块或垫得不够高5用如图所示装置探究“加速度与力、质量的关系”的实验中：(1)某同学在接通电源进行实验之前，将实验器材组装如图所示请你指出该装置中错误或不妥之处：_.(2)改正实验装置后，该同学顺利地完成了实验如图是他在实验中得到的一条纸带，图中相邻两计数点之间的时间间隔为0.1 s，由图中的数据可算出小车的加速度a为_m/s2.解析：(1)打点计时器必须使用交流电源，不能使用干电池；为了保证细绳对小车的拉力作为小车所受的合外力，实验前必须平衡摩擦力，该装置却没有平衡摩擦力；为了在纸带上打下更多的点，实验时小车的初始位置离打点计时器不可太远(2)加速度可用逐差法求出：a102 m/s20195 m/s2.答案：(1)打点计时器不能使用干电池，应使用低压交流电源；实验中没有平衡摩擦力；小车初始位置离打点计时器太远(2)0.1956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表一f/n1.002.003.004.00a/(ms2)1.903.955.857