第3章 2. 探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系

1、.2. 探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?學(xué)會(huì)用控制變量法研究物理規(guī)律2探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系3掌握利用圖像處理數(shù)據(jù)的方法二、實(shí)驗(yàn)原理1探究方法控制變量法1控制小車的質(zhì)量M不變，討論加速度a與力F的關(guān)系2控制砝碼和小盤的質(zhì)量不變，即力F不變，改變小車的質(zhì)量M，討論加速度a與M的關(guān)系2要測(cè)量的物理量1小車與其上砝碼的總質(zhì)量M用天平測(cè)出2小車受的拉力F用天平測(cè)出小盤和盤內(nèi)砝碼的總質(zhì)量m，由Fmg算出3小車的加速度a通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶測(cè)算出3測(cè)量加速度的方案1應(yīng)用紙帶測(cè)加速度在運(yùn)動(dòng)物體上安裝一條連接打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶，根據(jù)紙帶上打出的點(diǎn)來測(cè)量加速度前面所述的實(shí)驗(yàn)方案就是利用這種方法求加

2、速度的它是根據(jù)在勻變速直線運(yùn)動(dòng)中，連續(xù)相等的時(shí)間T內(nèi)的位移之差xaT 2求出加速度2應(yīng)用勻變速運(yùn)動(dòng)規(guī)律求加速度假如物體做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，那么，測(cè)量物體加速度最直接的方法就是用刻度尺測(cè)量位移并用秒表測(cè)量時(shí)間，然后由a算出3應(yīng)用加速度與位移成正比由于a，假如測(cè)出兩個(gè)初速度為零的勻加速運(yùn)動(dòng)在一樣時(shí)間內(nèi)發(fā)生的位移為x1、x2，那么位移之比就是加速度之比，即：.三、實(shí)驗(yàn)器材打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、復(fù)寫紙、小車、一端附有定滑輪的長(zhǎng)木板、小盤、砝碼、夾子、細(xì)繩、低壓交流電源、導(dǎo)線、天平帶有一套砝碼、刻度尺.一、實(shí)驗(yàn)步驟1測(cè)質(zhì)量：用天平測(cè)出小車的質(zhì)量M0與砝碼盤的質(zhì)量m0，把數(shù)據(jù)記錄下來2裝儀器：按如圖

3、3­2­1所示安裝器材圖3­2­13平衡摩擦力：在長(zhǎng)木板的不帶定滑輪的一端下面墊上一塊薄木板，反復(fù)挪動(dòng)薄木板的位置，直至不掛重物的小車在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)可保持勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)4在小車上加放砝碼，砝碼盤中加放砝碼，把砝碼的質(zhì)量M和m記錄下來把細(xì)線系在小車上并繞過滑輪懸掛砝碼盤，接通電源，放開小車，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列的點(diǎn)，取下紙帶，在紙帶上寫上編號(hào)5保持小車的質(zhì)量不變，改變砝碼盤中砝碼的質(zhì)量，按步驟4再做幾次實(shí)驗(yàn)，將實(shí)驗(yàn)時(shí)記錄的數(shù)據(jù)填入表格1中6算出每條紙帶對(duì)應(yīng)的加速度的值并填入表格1中表格1物體的質(zhì)量一定，加速度與受力的關(guān)系實(shí)驗(yàn)次數(shù)加速度a/m·

4、;s2小車受力F/N12347.保持砝碼盤中砝碼的質(zhì)量不變，在小車上增減砝碼，重復(fù)上述步驟4，將實(shí)驗(yàn)時(shí)記錄的數(shù)據(jù)填入表格2中8算出每條紙帶對(duì)應(yīng)的加速度的值并填入表格2中表格2物體受到的外力一定，加速度與質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)次數(shù)加速度a/m·s2小車質(zhì)量M/kg小車質(zhì)量的倒數(shù)/kg11234二、數(shù)據(jù)處理1計(jì)算法測(cè)得加速度或加速度之比等于位移之比后，通過計(jì)算看看是否滿足、.2圖像法1分析加速度和力的關(guān)系根據(jù)表格1，以加速度a為縱坐標(biāo)，以外力F為橫坐標(biāo)，作出a­F關(guān)系圖像，如圖3­2­2所示，由此得出結(jié)論圖3­2­22分析加速度和質(zhì)量的關(guān)系根據(jù)表

5、格2，以加速度a為縱坐標(biāo)，以小車及砝碼的總質(zhì)量M或?yàn)闄M坐標(biāo)作出a­M或a­關(guān)系圖像，如圖3­2­3所示，據(jù)圖像可以得出結(jié)論圖3­2­33實(shí)驗(yàn)結(jié)論：物體的加速度與作用在物體上的合外力成正比，與物體的質(zhì)量成反比三、誤差分析產(chǎn)生原因減小方法偶爾誤差質(zhì)量測(cè)量不準(zhǔn)、計(jì)數(shù)點(diǎn)間距測(cè)量不準(zhǔn)屢次測(cè)量求平均值小車所受拉力測(cè)量不準(zhǔn)準(zhǔn)確平衡摩擦力使細(xì)繩和紙帶平行于木板作圖不準(zhǔn)使盡可能多的點(diǎn)落在直線上或均勻分布在直線兩側(cè)，誤差較大的點(diǎn)舍去系統(tǒng)誤差小盤及重物的總重力代替小車所受的拉力使小盤和重物的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量四、本卷須知1平衡摩擦力時(shí)不要掛重物，整個(gè)實(shí)

6、驗(yàn)平衡了摩擦力后，不管以后是改變小盤和重物的質(zhì)量還是改變小車及砝碼的質(zhì)量，都不需要重新平衡摩擦力2實(shí)驗(yàn)中必須滿足小車和砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)大于小盤和重物的總質(zhì)量只有如此，重物和小盤的總重力才可視為與小車受到的拉力相等3小車應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器且先接通電源再放手4作圖像時(shí)，要使盡可能多的點(diǎn)在所作直線上，不在直線上的點(diǎn)應(yīng)盡可能對(duì)稱分布在所作直線兩側(cè)離直線較遠(yuǎn)的點(diǎn)是錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，舍去不予考慮.實(shí)驗(yàn)探究1實(shí)驗(yàn)操作與步驟用如圖3­2­4所示的裝置研究在作用力F一定時(shí)，小車的加速度a與小車質(zhì)量M的關(guān)系，某位同學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)步驟如下：圖3­2­4A用天平稱出小車和小桶及內(nèi)部所裝砂子的

7、質(zhì)量；B按圖裝好實(shí)驗(yàn)器材；C把輕繩系在小車上并繞過定滑輪懸掛砂桶；D將電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在6 V電壓的蓄電池上，接通電源，放開小車，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列點(diǎn)，并在紙帶上標(biāo)明小車的質(zhì)量；E保持小桶及其中砂子的質(zhì)量不變，增加小車上的砝碼個(gè)數(shù)，并記錄每次增加后的M值，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)；F分析每條紙帶，測(cè)量并計(jì)算出加速度的值；G作a­M關(guān)系圖像，并由圖像確定a­M關(guān)系1該同學(xué)漏掉的重要實(shí)驗(yàn)步驟是_，該步驟應(yīng)排在_步驟之后2在上述步驟中，有錯(cuò)誤的選項(xiàng)是_，應(yīng)把_改為_3在上述步驟中，處理不恰當(dāng)?shù)氖莀，應(yīng)把_改為_【解析】實(shí)驗(yàn)中把小桶及其中砂子的重力看做與小車所受拉力大小相等，沒有考慮

8、摩擦力，故必須平衡摩擦力電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在6 V電壓的蓄電池上將無法工作，必須接在6 V以下交流學(xué)生電源上作a­M關(guān)系圖像，得到的是雙曲線，很難作出正確的判斷，必須“化曲為直，改作a­關(guān)系圖像【答案】1平衡摩擦力B2步驟D6 V電壓的蓄電池6 V以下交流學(xué)生電源3步驟Ga­Ma­實(shí)驗(yàn)探究2數(shù)據(jù)的分析與處理某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)探究加速度a與物體所受合力F及質(zhì)量m關(guān)系的實(shí)驗(yàn)，如圖3­2­5甲為實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖交變電流的頻率為50 Hz.【導(dǎo)學(xué)號(hào)：96332038】甲乙圖3­2­51圖3­2­5乙為某次實(shí)驗(yàn)得

9、到的紙帶，根據(jù)紙帶可求出小車的加速度大小為_m/s2結(jié)果保存兩位有效數(shù)字2保持沙和沙桶的總質(zhì)量不變，改變小車m，分別得到小車的加速度a與質(zhì)量m及對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)如下表：12345678小車的加速度m·s21.901.721.491.251.000.750.500.30小車的質(zhì)量m/kg0.250.290.330.400.500.711.001.67/kg14.003.453.032.502.001.411.000.60請(qǐng)?jiān)谌鐖D3­2­6甲所示的方格坐標(biāo)紙中畫出a ­圖線，并根據(jù)圖線求出小車的加速度a與質(zhì)量倒數(shù)之間的關(guān)系式是_3保持小車的質(zhì)量不變，改變沙和沙桶的總質(zhì)量，該同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出了加速度a隨合力F的變化圖線，如圖3­2­6乙所示，該圖線不通過原點(diǎn)，其主要原因是_.甲乙圖3­2­6【解析】1在連續(xù)相等的時(shí)間間隔內(nèi)，從紙帶上可得到四段位移的大小，可以選用公式法計(jì)算加速度由題圖乙可知x16.19 cm，x26.70 cm，x37.21 cm，x47.72 cm，電火花計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期T0.02