第13节物理实验1用补偿法做“探究加速度物体受力关系”实验电脑Excel在物理教学中应用

用赔偿法做“研究加快度与物体受力的关系”实验内容大纲：在“研究加快度与物体受力的关系”的实验中，因为不可以知足mM的条件，以致所画的aF图象出现曲折使学生以为aF不是正确的正比关系，为认识决这个问题，我们用赔偿法来做这个实验，就是把钩码全放在小车上，此后一个一个地取出挂在钩子上，这样，小车和钩码的总质量不变，也就不要求mM的条件了，而画出来的aF图象是过原点的直线。重点词：实验研究，加快度与受力关系，赔偿法。“研究加快度与物体受力的关系”的实验装置以以下图.图中，置于试验台上的长木板水平搁置，其右端固定一轻滑轮：轻绳高出滑轮，一端与放在木板上的小滑车相连，另一端可悬挂钩码。小车质量为m0.500kg，每个钩码的质量m00.010kg。（取g10m/s2）均衡摩擦力后，将10个同样的钩码挨次挂上，每次用打点计时器（图中未画出）丈量小车的加快度。小车的加快度a与砝码总重力F的实验数据以下表：F/Na/m/s2000.71.228070.81.379311．01.666667用电脑Excel作出aF图象以以以下图：从图象可以看出，跟着F的增大，图线不是直线（图中的红线是拟合线）。为认识决这个问题，我们用赔偿法，方法以下：均衡摩擦力后，将

10个同样的砝码都放在小车上

.此后每次从小车上取一个砝码挂在细绳的另一端，丈量加快度，获得小车的加快度

a与砝码总重力

F的实验数据以下表：F/Na/m/s2000.10.20.20.40.30.60.40.80.510.61.20.71.40.81.60.91.812用电脑Excel作出aF图象以以以下图：从图象可以看出，加快度a与力F成正比。例1．“研究加快度与物体质量、物体受力的关系”的实验装置如图甲所示.（1）在均衡小车与桌面之间摩擦力的过程中，打出了一条纸带如图乙所示。计时器打点的时间间隔为0.02s.从比较清楚的点起，每5个点取一个计数点，量出相邻计数点之间的距离。2该小车的加快度a=______m/s.（结果保存两位有效数字）（2）均衡摩擦力后，将5个同样的砝码都放在小车上.挂上砝码盘，此后每次从小车上取一个砝码增添到砝码盘中，丈量小车的加快度。小车的加快度a与砝码盘中砝码总重力F的实验数据以下表：砝码盘中砝码总重0.1960.3920.5880.7840.980力F(N)加快度a（m·s-2）0.691.181.662.182.70请依据实验数据作出a-F的关系图像.（3）依据供给的试验数据作出的a-F图线不经过原点，请说明主要原由。【解析】（1）依据加快度ax(3.683.52)102m/s22T2,得a20.16m/s或0.1(3.833.68)10222a0.12m/s0.15m/s或许a(3.833.52)102m/s20.16m/s2（结果保存两位有效数字）20.12（2）描点法作图以以以下图（3）因为已经均衡摩擦力了，因此原由是未计入砝码盘的重力【答案】(1)0.16(0.15也算对)（2）（见以以下图）（3）未计入砝码盘的重力例2某物理课外小组利用图（a）中的装置研究物体加快度与其所受合外力之间的关系。图中，置于试验台上的长木板水平搁置，其右端固定一轻滑轮：板上的小滑车相连，另一端可悬挂钩码。本实验中可用的钩码共有0.010kg。实验步骤以下：

轻绳高出滑轮，一段与放在木N=5个，每个质量均为1）将5个钩码所有放入小车中，在长木板左下方垫上适合厚度的小物快，使小车（和钩码）可以在木板上匀速下滑。（2）将

n（挨次取

n=1,2,3,4,5）个钩码挂在轻绳右端，其他

N-n

个钩码仍留在小车内；用手按住小车并使轻绳与木板平行。开释小车，

同时用传感器记录小车在时刻

t相关于其初步地点的位移

s，绘制

s-t图像，经数据办理后可获得相应的加快度

a。（3）对应于不同样的n的a值见下表。n=2时的s-t图像如图(b)所示：由图（b）求出此时小车的加快度（保存2位有效数字），将结果填入下表。n12345a/ms20.200.580.781.00（4）利用表中的数据在图（c）中补齐数据点，并作出a-n图像。从图像可以看出：当物体质量一准时，物体的加快度与其所受的合外力成正比。（5）利用a–n图像求得小车（空载）的质量为_______kg（保存2位有效数字，重力加快度g=9.8m·s–2）。6）若以“保持木板水平”来取代步骤（1），以下说法正确的选项是_______（填入正确选项前的标号）A．a–n图线不再是直线B．a–n图线还是直线，但该直线可是原点C．a–n图线还是直线，但该直线的斜率变大【解析】（3）因为小车做初速度为0的匀加快直线运动，故将（2,0.78）代入x1at2可得2a2x20.78m/s20.39m/s2t222（4）依据描点法可得以以下图图线（5）依据牛顿第二定律可得nm0g(m5m0)a，此中m0表示一个钩码的质量，m表示小车的质量，代入m00.010kg，n=1、2、3、4、5，以及相应的加快度得nm0g5m0ma比方当n5时，a1.00m/s2，可求得m50.0109.8-50.0100.44kg1.00比方当1时，a0.20m/s2，可求得m10.0109.8-50.0100.44kg0.20（6）若均衡摩擦力，则有nm0g(m5m0)a，am0gn，a与n成正比，其图m5m0象是过原点的直线，直线的斜率为km0g0.0109.80.25m00.445m0.010若木板水平，没有均衡摩擦力，则小车将遇到木板的摩擦力，有nm0g[m(5n)m0]g(m5m0)a，解得a(1)m0gngm5m0因此an图象仍旧是直线，但可是原点而且斜率变大，因为斜率为(1)m0g(10.01)0.0109.80.202，（设动摩擦因数0.01）.k'5m00.4450.010m因此A错误，BC正确；【答案】（3）0.39（4）以以下图（5）0.44（6）BC【进一步研究】用电脑Excel作出均衡摩擦力的加快度a与不均衡摩擦力的加快度a'与挂在钩子上的砝码个数n的关系表。（注意：因为不均衡摩擦力的状况下，若只挂一个砝码时，拉力太小，不能使小车运动，因此从挂2个砝码开始）naa'0010.20.10220.390.30430.580.50640.780.708510.91用电脑Excel作出图象以下。1.210.8a0.6a'0.40.200123456从图象可以看出，假如不均衡摩擦力，则图象仍旧是直线，但可是原点而且斜率大于均衡摩擦力时。例3．某同学设计了一个研究无轮子小车的加快度a与小车所受拉力F关系的实验，图甲为实验装置简图．（计算结果保存两位小数）他想用钩码的重力表示小车遇到的合外力，为了减小这类做法带来的实验偏差，你以为以下说法正确的选项是（_____）A．实验时要均衡摩擦力B．实验时不需要均衡摩擦力C．钩码的重力要远小于小车的总重力D．实验进行时应先开释小车再接通电源(2)如图乙所示是某次实验中获得的一条纸带，此中0，1、、、、、是计数点，相邻23456计数点间有4个点未画出，距离以以下图．则打2点时小车的速度为_______m/s；该同学计算小车加快度大小为______m/s2。(3)当长木板水平搁置时，保持实验小车重量20N不变，改变砂和砂桶质量，获得图丙中的图线可是原点．此刻要让图线过原点，则长木板与水平桌面的倾角应当调整为θ，则tanθ=________．【解析】(1)依据实验原理我们知道，为了让砝码的重力更为凑近为小车的合外力，本实验中需要均衡摩擦力和让砝码重力远远小于小车重力，实验时先接通电源后开释小车。故AC正确，BD错误。(2)相邻计数点间有4个点未画出，T0.10s打2点时小车的速度v2x134.405.95102m/s0.52m/s2T0.2小车加快度ax36x0310.709.107.605.954.402.801021.58m/s20.302m/s23T2(3)长木板水平搁置时，实验小车重量20N，拉力为10N时刚要开始运动，Fmg解得0.50，均衡摩擦力时，重力沿斜面向下的重量与摩擦力大小相等mgsinmgcos，解得1tan2【答案】（1）AC（2）0.521.58（3）0.50或12例4．用以以下图的装置考证牛顿第二定律。图中A、B为两个光电门，C为固定在凹槽上的遮光条。实验前（不挂钩码）左右挪动小木块使凹槽可以在长木板上匀速运动。设遮光条的宽度为d，两光电门间的距离为x。实验时凹槽每次都从同一地点由静止开释，研究对象为凹槽（包含内部的砝码）及钩码构成的系统。（1）将钩码逐一拿到凹槽中，记录每次所悬挂钩码的质量m1、m2、m3，开释凹槽，测出对应的加快度a1、a2、a3，则以下哪一图象能正确反应加快度a与悬挂钩码的重力mg之间的关系______。（2）悬挂钩码的质量m保持不变，增添或减少槽内的砝码，测出每次对应的加快度，为了能直观反应在合外力必定的状况下，加快度与质量的关系，应做以下哪一图象______（M表示槽及槽内砝码的总质量）。A．a-MB．a-m1C.a(mM)D.aMm（3）为了精准丈量系统运动的加快度，甲同学固定光电门B，挪动光电门A，此后开释凹槽，测出遮光条每次经过光电门A的时间t1。乙同学固定光电门A，挪动光电门B，此后释放凹槽，测出遮光条每次经过光电门B的时间t2，两位同学依据图象求解系统的加快度。甲同学做出的图象应为以以下图中的______，乙同学做出的图象应为以以下图中的______。若甲同学所做图象的斜率的绝对值为k，则系统的加快度a=______。【解析】（1）由牛顿第二定律，对凹形槽（包含砝码）及钩码系统：，即应选B.（2）若钩码的质量m不变，则,解得，则为了能直观反应在合外力必定的状况下，加快度与质量的关系，应做a1图象；应选D.Mm（3）甲同学固定光电门B，则经过