教科版物理必修1 第三章 第2節(jié) 探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系——實驗誤差分析（講義）

1、.高中物理探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系變形實驗透析一、考點打破考點課程目的備注探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系變形實驗透析純熟掌握實驗的誤差來源及減小誤差的方法，并以此為出發(fā)點，進展實驗的改進力學(xué)實驗的重點，從實驗原理和誤差來源角度命題，高頻考點二、重難點提示重點：理解實驗原理及減小誤差的方法。難點：理解變形實驗的原理。實驗拓展的總體思路：一、由于本實驗中拉力小于砝碼和砝碼盤的重力，而實驗中記錄的砝碼和砝碼盤的重力，用來替代小車所受合外力，導(dǎo)致原理上出現(xiàn)誤差，所以從出現(xiàn)誤差的原因角度，改進實驗詳細思路如下：1. 在小車前端安裝拉力傳感器，直接得到拉力。2. 改進實驗裝置，用彈簧測力計直接讀出拉力。如以

2、下圖，拉力即為小車所受合外力，所以不需要m<<M。3. 改進裝置及原理消除系統(tǒng)誤差如以下圖調(diào)節(jié)長木板的傾角，輕推小車后，使小車能沿長木板向下做勻速運動。取下細繩和砝碼盤，記下砝碼盤中砝碼的質(zhì)量m，那么mg即為小車所受合外力，不需要m<<M。4. 轉(zhuǎn)換研究對象法：保證小車、砂和砂桶的總質(zhì)量不變?nèi)缫韵聢D從固定在小車上的盒子中取出一些砂子，裝入砂桶中，稱量并記錄砂桶的總重力mg，小車及砂子的總重力M，此實驗可保證Mm為定值，即可認(rèn)為系統(tǒng)所受合外力為mg。注意：實驗原理的改進需要理解誤差產(chǎn)生的原因，利用所學(xué)規(guī)律去拓展、研究。例題1 用如下圖的實驗裝置可以探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)

3、系，小車上固定一個盒子圖中未畫出，盒子內(nèi)盛有砂子，小車的總質(zhì)量包括車、盒子及盒內(nèi)砂子記為M，砂桶的總質(zhì)量包括桶以及桶內(nèi)砂子記為m。1驗證“在質(zhì)量不變的情況下，加速度與合外力成正比。從盒子中取出一些砂子，裝入砂桶中，稱量并記錄砂桶的總重力mg，將該力視為合外力F，對應(yīng)的加速度a，那么從打點紙帶中計算得到。屢次改變合外力F的大小，每次都會得到一個相應(yīng)的加速度。以合外力F為橫軸、加速度a為縱軸畫出a-F圖象，圖象是一條過原點的直線。a-F圖象斜率的物理意義是_。你認(rèn)為把砂桶的總重力mg當(dāng)作合外力F是否合理？答：_填“合理或“不合理。2驗證“在合外力不變的情況下，加速度與質(zhì)量成反比。在本次實驗中，保持

4、桶內(nèi)的砂子質(zhì)量不變，故系統(tǒng)所受的合外力不變。用圖象法處理數(shù)據(jù)時，以加速度a為縱軸，以_為橫軸，才能保證圖象是一條過原點的直線。此空不得填F或mg思路分析：1本題是對課本中已有的“驗證牛頓第二定律實驗方案的創(chuàng)新。此題中“從盒子中取出一些砂子，裝入砂桶中說明小車的質(zhì)量是變化的，而此項操作是要求驗證“在質(zhì)量不變的情況下，加速度與合外力成正比，顯然研究對象不再是小車，仔細審題后不難發(fā)現(xiàn)，研究對象應(yīng)該是小車與砂桶所組成的系統(tǒng)，是系統(tǒng)的總質(zhì)量mM保持不變。a-F圖象的斜率表示，故把砂桶的總重力mg當(dāng)作系統(tǒng)所受的合外力F是合理的。2此項操作中明確說明了“系統(tǒng)所受的合外力不變，因此，應(yīng)以系統(tǒng)總質(zhì)量的倒數(shù)即為橫

5、軸，以加速度a為縱軸，畫出a圖象，圖象才是一條過原點的直線答案：1合理2例題2 高考全國卷利用如圖所示的裝置可測量滑塊在斜面上運動的加速度。一斜面上安裝有兩個光電門，其中光電門乙固定在斜面上靠近底端處，光電門甲的位置可挪動。當(dāng)一帶有遮光片的滑塊自斜面上滑下時，與兩個光電門都相連的計時器可以顯示出遮光片從光電門甲滑至乙所用的時間t，改變光電門甲的位置進展屢次測量，每次都使滑塊從同一點由靜止開場下滑，并用米尺測量甲、乙之間的間隔 s，記下相應(yīng)的t值；所得數(shù)據(jù)如下表所示。sm0.5000.6000.7000.8000.9000.950tms292.9371.5452.3552.8673.8776.4

6、s/tm·s11.711.621.551.451.341.22完成以下填空和作圖：1假設(shè)滑塊所受摩擦力為一常量，滑塊加速度的大小a、滑塊經(jīng)過光電門乙時的瞬時速度vt、測量值s和t四個物理量之間所滿足的關(guān)系式是_；2根據(jù)表中給出的數(shù)據(jù)，在下圖給出的坐標(biāo)紙上畫出t圖線；3由所畫出的t圖線，得出滑塊加速度的大小為a_m/s2。保存2位有效數(shù)字。思路分析：可認(rèn)為滑塊從乙到甲做勻減速直線運動，根據(jù)運動學(xué)公式有svttat2，得vtat，根據(jù)所給數(shù)據(jù)描點并連線如下圖所示，圖線的斜率為a，根據(jù)圖象得a1.0，那么a2.0 m/s2注意保存2位有效數(shù)字。答案：1svttat2或vtat2見解析圖 32.0【方法提煉】物理實驗思想方法之近似法、控制變量法、平衡摩擦力法和化曲為直法1. 近似法：在探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實驗中，近似法是指繩對小車的拉力近似等于繩另一端連接的小盤和砝碼的總重力，近似法要在小盤和砝碼的總重力遠小于小車的重力的情況下才能用。2. 控制變量法：控制變量法是指分別研究加速度與力、加速度與質(zhì)量關(guān)系時用到的方法，在實驗中的詳細表達是：研究加速度與力的關(guān)系時，保持小車質(zhì)量不變；研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系時，保持小盤和砝碼的總重力不變。3. 平衡摩擦力法：平衡摩擦力法是指通過調(diào)整斜面傾角，讓小車重力沿斜面的分力