名师一号4-2实验 探究加速度与力 质量的关系.ppt

第二节实验：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验证牛顿第二定律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当研究对象有两个以上的参量发生牵连变化时，我们设法控制某些参量使之不变，而研究其中两个参量之间的变化关系的方法，是物理实验中经常采用的一种方法本实验的参量有F，m，a三个,三、实验器材附有滑轮的长木板；小车；带小钩的细线；25g的钩码3个，也可以用50g的钩码，或用沙子和小桶代替钩码，用弹簧秤或天平称量；打点计时器；纸带；刻度尺；学生电源、导线四、实验步骤1用天平测出小车和小桶的质量M和M，把数值记录下来2按下图所示把实验器材安装好，只是不把悬挂钩码(或小桶)的细绳系在小车上(即不给小车加牵引力),3平衡摩擦力：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保持匀速运动状态，这时小车拖着纸带运动时受到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4把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂钩码(或小桶)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，依次改变悬挂钩码的个数(或改变小桶内沙的质量)，分别重复步骤4，将数值记录在纸带上(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8保持钩码(或沙和小桶)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a，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,9实验数据记录及表格的设计(1)物体的质量一定，加速度与受力的关系.,(2)物体受到的外力一定，加速度与质量的关系.,五、实验数据的分析1探究加速度与力的关系：以a为纵坐标、F为横坐标，根据表(1)中各组数据在坐标系中描点如果这些点在一条过原点的直线上(下图)，说明a与F成正比,六、注意事项1打点计时器纸带限位器要与长木板纵轴位置对齐再固定在长木板上，使纸带、小车、拉线和定滑轮在一条直线上小车要选择在木板上运动不跑偏或跑偏较小的车2牵引小车的钩码以100g以内为宜若用到150g以上，则纸带上打出的点数不能满足以0.1s为计数点取6组数值的要求3在实验中，要先打开低压交流电源，使打点计时器开始工作，再释放小车4悬挂钩码(或小桶和沙)的质量要远小于小车的质量5纸带上的点先取零点和计数点进行编号再测距离作图象时，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,七、误差分析1质量的测量误差、纸带上打点计时器打点间隔距离的测量误差，拉线与纸带不与木板平行等都会造成误差2因为实验原理不完善造成误差，本实验中用沙桶或钩码的总重力代替小车受到的拉力(实际上小车受到的拉力小于沙桶或钩码的重力)存在系统误差，沙桶或钩码的质量越接近小车的质量，误差就越大，反之误差越小3平衡摩擦力不准确造成误差：在平衡摩擦力时，除了不挂沙桶或钩码外，其他跟正式实验一样(如要挂好纸带，接通打点计时器)，匀速运动的标志是打点计时器打出的纸带上的点距离相等.,(学生用书P75)一、探究加速度与外力、质量之间的关系典例1：在做“探究加速度与力、质量的关系”的实验时，计算出各纸带的加速度后，将测得的反映加速度a和力F关系的有关资料记录在表1中，将测得的反映加速度a和质量M关系的资料列在表2中表1,表2,答案：(1)见解析图(2)正比关系反比关系(3)0.50kg(4)4.02N名师点拨：通过本例可以看出，物体的加速度跟合外力成正比，跟物体的质量成反比利用图象处理数据是一种常用的重要方法将实验中得到的数据通过描点作出图象，可以非常直观地看出两个物理量之间的关系，也可以有效地减小实验误差，确定并排除实验中测得的一些错误数据另外，在实验中如果发现一个量x与另一个量y成反比，那么，x就应与1/y成正比据此，我们可以将反比函数的曲线转化为正比函数的直线因为在处理数据时，判断正比图象比判断一条曲线是否为反比函数图象要简单和直观得多,巩固练习1：某同学做“探究加速度与力、质量关系”的实验时，画出了如下图所示的三条图线，这三条图线表示实验中_不同,解析：如图所示，过F轴上某一点做一条平行于a轴的直线，与三条图线有三个交点，对应的纵坐标轴a的值不同，a值越小，表明在相同的外力作用下，物体的加速度越小，运动状态就越难改变，惯性越大，即质量越大，可见三条图线对应实验中的质量不同，且斜率越小，质量越大答案：小车质量,二、有关数据处理和误差分析的问题典例2：用斜面、小车、砂桶、砝码等器材做“验证牛顿第二定律”实验，下图是实验中一条打点的纸带，相邻计数点的时间间隔为T，且间距s1，s2，s3，s6已量出(1)请写出三个不同的计算加速度的表达式,(2)如下图(a)，甲同学根据测量数据画出aF图线，表明实验的问题是_(3)乙、丙同学用同一装置实验，画出了各自得到的aF图线如下图(b)所示，说明两个同学做实验时的哪一个物理量取值不同？并比较其大小,解析：(1)a(s2s1)/T2；a(s4s1)/3T2；a(s6s5s4)(s3s2s1)/9T2.(2)没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够(3)两小车及车上的砝码的质量不同，且m乙m丙答案：见解析,巩固练习2：“验证牛顿第二定律”的实验中，在研究小车的加速度a和小车的质量M的关系时，由于没有始终满足Mm(m为砂桶及砂桶中砂的质量)的条件，结果得到的图象应是下图中的哪一个(),解析：在本实验中amg/(Mm)在研究加速度和质量关系时，保持m不变，由上式可知加速度a与系统的质量(Mm)成反比如果横轴表示1/(Mm)，a1/(Mm)图象应是过坐标系原点的直线现将前面的式子改写成amg/(1m/M)/M，由此式可知，1/M前面的系数mg/(1m/M)和1/M有关，在改变1/M时会发生变化，它并不是常数，因此，a和1/M不是正比关系随着1/M的增大，式中1/M前面的系数会减小，因此图象向下弯曲偏离直线但在Mm时，amg/M，a正比于1/M，所以在M较大(1/M较小)时图象近似为直线由以上讨论可知D选项正确答案：D,解析：在平衡摩擦力时，不应将装沙的小桶通过定滑轮连在小车上，而是在木板的后端垫上适当厚