實驗四：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系

1、實驗四 探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系主備人：卻富才審核：王玉珍一、實驗?zāi)康尿炞C牛頓第二定律；學(xué)會用控制變量法研究物理規(guī)律；學(xué)會利用圖處 理彖數(shù)據(jù).二、實驗原理保持作用力不變，確定加速度與質(zhì)量的大小關(guān)系；保持質(zhì)量不變探究加速度跟合外力的關(guān)系；作出af圖象和圖象，確定 其關(guān)系三、實驗器材小車，祛碼，小盤，砂，細(xì)線，附有立滑輪的長木板，墊木，,低壓交流電源，導(dǎo)線兩根，紙帶，復(fù)寫紙，托盤天平，.四、實驗步驟1. 用夭平測出小車、祛碼的質(zhì)量m和,把數(shù)據(jù)記錄下來.2. 把實驗器材安裝好，平衡摩擦力.3. 保持不變，改變小盤和祛碼的總質(zhì)量m做5次實驗.4. 算出每條紙帶對應(yīng)的加速度的值.5. 用縱坐標(biāo)表示,橫

2、坐標(biāo)表示,即小盤與祛碼的總重力mg,根據(jù)實驗結(jié)果在處標(biāo)平曲上描出相應(yīng)的點，作圖線.6. 保持不變，在小車上加祛碼，重復(fù)上面的實驗用縱處標(biāo)表示，橫坐標(biāo)表示的倒數(shù)，在坐標(biāo)平面上根據(jù)實驗結(jié)果描出相應(yīng)的點并作岀圖線.五、實驗結(jié)論加速度與成正比，與成反比.六、注意事項1. 在平衡摩擦力時，不要把系在小車上，即不要給小車加任何牽引力，并要讓小車拖著打點的紙帶運動.2. 每條紙帶必須在滿足遠(yuǎn)大于的條件下打出.只有如此，小車受到的拉力才可視為等于小盤和祛碼的總重力.3. 改變拉力和小車質(zhì)量后，每次開始時小車應(yīng)盡量靠近,并應(yīng)先，再,且應(yīng)在小車到達(dá)滑輪前按住小車.4. 作圖彖吋，要使盡可能多的點分布在所作直線上，

3、不在直線上的點 應(yīng)盡可能對稱分布在所作直線兩側(cè).5. 作圖時兩軸標(biāo)度比例耍選擇適當(dāng)，各量須采用國際單位.這樣作圖 線時，坐標(biāo)點間距不至于過密，課差會小些.七、誤差來源1 測量誤差：質(zhì)量的測量.（2）打點間隔距離的測量.2. 操作誤差：（1）拉線或紙帶不與木板平行.（2）傾斜角度不當(dāng)，平衡摩 擦力不準(zhǔn).3. 原理誤差預(yù)習(xí)自測1. 關(guān)于驗證牛頓運動定律的實驗，下列說法中符合實際的是（）a. 通過同時改變小車的質(zhì)量m及受到的拉力f的研究，能歸納出加速度、 力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系b. 通過保持小車質(zhì)量不變，只改變小車的拉力的研究，就可以歸納出加速 度、力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系c. 通過保持小車受力不變，

4、只改變小車質(zhì)量的研究，就可以得出加速隊力、 質(zhì)量三者z間的關(guān)系d. 先不改變小車質(zhì)量，研究加速度與力的關(guān)系;再不改變力，研究加速度與 質(zhì)量的關(guān)系,最厲歸納出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系2. 在利用打點計時器和小車來做“驗證牛頓運動定律”的實驗時，下列說法 中正確的（ ）a平衡摩擦力時，應(yīng)將祛碼及盤內(nèi)祛碼通過定滑輪拴在小車上b. 連接袪碼盤和小車的細(xì)繩應(yīng)跟長木板保持平行c. 平衡摩擦力后，長木板的位置不能移動d. 小車禪放前應(yīng)靠近打點計時器,應(yīng)先接通電源再禪放小車c案例1 若測得某一物體質(zhì)量m 一定時,a與f的有關(guān)數(shù)據(jù)資料如下表所示.根據(jù)表中數(shù)據(jù)，在如圖坐標(biāo)屮畫出a-f圖象.（2）根據(jù)圖象判處

5、:當(dāng)m 一眾吋,a與f的關(guān)系為a/ (m s'2)1.984.065.95& 12f/n1.002.003.004.00a/fm-s"1)例2 .“探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系”的實驗裝置如圖甲所示.小車打點計時器祛碼盤2352° "t683.83(單位:cm)乙(1) 在平衡小車與桌而z間摩擦力的過程屮，打出了一條紙帶如圖乙所 示.計時器打點的時間間隔為0.02 s.從比較清晰的點起，每5個點取一 個計數(shù)點，量出相鄰計數(shù)點之間的距離.該小車的加速度a = m/s2.(結(jié)果保留兩位冇效數(shù)字)(2) 平衡摩擦力后，將5個相同的祛碼都放在小車上

6、.掛上舷碼盤，然后每 次從小車上取一個祛碼添加到祛碼盤小，測量小午的加速度.小午的加速度a與祛碼盤中祛碼總重力f的數(shù)據(jù)如下表：o/(m a"2)袪碼盤中祛碼總重力f(n)0j960.3920.5880.7840.980加速度a(m-s"2)0.691.181.662.182-70:z:z:=:z:z:z=z f/no根據(jù)實數(shù)據(jù)在圖屮作出a-f的關(guān)系圖(3)根據(jù)提供的實驗數(shù)據(jù)作出的a-f圖線不通過原點.請說明主要原因. 例3.物理小組在一次探究活動中測量滑塊與木板z間的動摩擦因數(shù).實 驗裝置如圖，一表i僑粗糙的木板固定在水平桌面上，一端裝有定滑輪；木 板上有一滑塊，其一端與電

7、磁打點計時器的紙帶和連，另一端通過跨過定 滑輪的細(xì)線與托盤連接.打點計時器使川的交流電源的頻率為50 hz.開始 實驗時，在托盤中放入適量柱碼，滑塊開始做勻加速運動，在紙帶上打出 一系列點*血托盤zh.（1）如圖給出的是實驗中獲取的一條紙帶的一部分,0、1、2、3、4、5、6、7是計數(shù)點，每相鄰兩計數(shù)點間還有4個打點（圖屮未標(biāo)出），計數(shù)點間的距 離如圖所示.根據(jù)圖中數(shù)據(jù)計算的加速度a=（保留三位有效數(shù)字）.（2）回答卜列兩個問題： 為測量動摩擦因數(shù)，下列物理量中還應(yīng)測量的冇（填入所選物理量前的字母）a.木板的長度lb.木板的質(zhì)量mi c.滑塊的質(zhì)量m2d.托盤和砥碼的總質(zhì)量m3 e.滑塊運動的

8、時間t 測量中所選定的物理量時需耍的實驗器材是.（3）滑塊與木板間的動摩擦因數(shù)u =（用被測物理量的字母表示，重力加速度為g）.與真實值相比，測量的動摩擦因數(shù)（填“偏人”或偏小”）.寫出支持你的看法的一個論據(jù)當(dāng)堂自測1. 在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗中，在研究加速度a與小車 的質(zhì)量m的關(guān)系時，山于沒有注意始終滿足m加的條件，結(jié)果得到的圖 象應(yīng)是圖中的（）abcd2. 在“探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系”實驗中，某小組設(shè) 計了如圖所示的實驗裝置圖中上下兩層水平軌道表面光滑，兩小年前端 系上細(xì)線，細(xì)線跨過滑倫并掛上怯碼盤，兩小車尾部細(xì)線連到控制裝置上, 實驗時通過控制裝置使兩小車同

9、時開始運動，然后同時停止.控制裝置(1) 在安裝實驗裝置時，應(yīng)調(diào)整滑輪的髙度，使:在實驗時，為減小系統(tǒng)誤差，應(yīng)使祛碼盤和祛碼的總質(zhì)量小車的質(zhì)量(選填“遠(yuǎn)大于”、“遠(yuǎn)小于”或“等于”).(2) 本實驗通過比較兩小車的位移來比較小車加速度的大小，能這樣比較，是因為a案1. 現(xiàn)要驗證“當(dāng)質(zhì)量一定時，物體運動的加速度與它所受的合外力成正 比”這一物理規(guī)律.給定的器材如f： 一傾和可以調(diào)節(jié)的長斜面如圖，小 車、計時器一個、米尺.at(1)填入適當(dāng)?shù)墓交蛭淖?，完善以下實驗步驟(不考慮摩擦力的影響): 讓小車自斜面上方一固定點內(nèi)從靜止開始下滑到斜而底端人2,記 下所用的時間r. 用米尺測量a】與a2z間的

10、距離x,則小年的加速度。=. 用米尺測量川相對于如的高度仕設(shè)小車所受重力為，昭，則小車所受的合外力f=. 改變，重復(fù)上述測量. 以力為橫處標(biāo)，1/“為縱處標(biāo)，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作圖.如能得到一條 過原點的直線，則可以驗證“當(dāng)質(zhì)量一定時，物體運動的加速度與它所受 的合外力成正比”這一規(guī)律.在“驗證牛頓第二定律”的實驗中，實驗裝置如圖甲所示，有一位同學(xué) 通過實驗測量作出了圖乙屮的a圖線.試分析小車打點計時器祛 1碼人祛碼盤乙 a圖線不通過坐標(biāo)原:a圖線上部彎曲的2. 如圖甲所示，用水平力f拉動物體在水平面上做加速直線運動,當(dāng)改變拉力的人小時，物體運動的加速度q也隨z變化，a和尸的關(guān)系如圖乙所示，取=10

11、 m/s2甲根據(jù)圖線所給的信息，物體的質(zhì)量是物體與水平面間的動摩擦因數(shù).(2)若改用質(zhì)量是原來2倍的同種材料的物體，請在圖乙的坐標(biāo)系上畫出這 種情況下的af圖線(要求寫出作圖的根據(jù)).3. 某學(xué)習(xí)小組的同學(xué)在用打點計時器探究物體的加速度與物體的質(zhì)量之間的關(guān)系實驗中，不改變拉力，只改變物體的質(zhì)量，得到了如下表所示的幾組數(shù)據(jù),其中第3組數(shù)據(jù)還未算出加速度，但對應(yīng)該組12打出了紙帶,如圖所示(長度單位:cm),圖中各點為每5個打點選出的計數(shù)點(兩計數(shù)點間還有實驗次數(shù)123456小車質(zhì)量(g)200300400500600700小車加速度 (m/s2)2. 001.330. 790. 670.40小車

12、質(zhì)量的 倒數(shù)(kgt)5. 003. 332. 502. 001.671.004個打點未標(biāo)出).請由紙帶上的數(shù)據(jù)，計算出缺少的加速度值并填入表屮(小數(shù)點后保留兩 位數(shù)).(2)請在圖5中建立合適的處標(biāo)，將表中各組數(shù)據(jù)用小黑點描在處標(biāo)紙上并i . . & _ i . . i.iii. iii .合 i . i j . v2.00出耕卅刪廿i 5()ihhhhihhnhhhhh h作出平滑的圖線.ii)圖象得岀的結(jié)論是:oi(>()o 1.02.03.04.05.06.07.08.09.04. 如圖，質(zhì)量為m的滑塊a放在氣墊導(dǎo)軌b ±,c為位移傳感器，它能將滑塊a到傳感器c的距離數(shù)據(jù)實時傳送到計算機(jī)上，經(jīng)計算機(jī)處理厲在屏幕11顯示滑塊a的位移一時l'n(x-t)圖象和速率一時間(vt)圖象.整個裝直直于高度可調(diào)節(jié)的斜1僑上，斜面的長度為1、高度為h.(取重力加速度g=9.8 nvs2,結(jié)果可保鼎一位有效數(shù)字).(1)現(xiàn)給滑塊a沿氣墊導(dǎo)軌向上的初速度,a的vt圖線如圖7所示.從圖線可得滑塊a下滑時的加速度a=m/s'摩擦力対滑塊a運動的影響(填“明顯，不可忽略”或“不明顯，可忽略”)(2)此裝置還可用來驗證牛頓第二定律.實驗時通過改變，可驗證質(zhì)量一定時,加速度與力成正比的關(guān)系;通過改變，可驗證力一