第6章 第2節(jié) 第1課時 實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關系

1、.第2節(jié)牛頓第二定律第1課時實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關系一、實驗目的1學會用控制變量法研究物理規(guī)律2掌握利用圖象處理數(shù)據(jù)的方法3探究加速度與力、質(zhì)量的關系二、實驗原理1探究加速度a與力F及質(zhì)量m的關系，采用的根本方法是控制變量法1如圖1所示，保持小車的總質(zhì)量不變，改變小盤內(nèi)砝碼的個數(shù)或小桶內(nèi)砂子的質(zhì)量，從而改變細繩對小車的拉力F，測出小車的加速度，研究小車的加速度與拉力的關系圖12保持小盤和砝碼的總質(zhì)量不變，即細繩對小車拉力F不變，在小車上增減砝碼，改變小車的總質(zhì)量，測出小車對應的加速度，研究小車的加速度與其質(zhì)量的關系2測量方法1小車與其上砝碼的總質(zhì)量M用天平測量；2小車的加速度a利用打點

2、計時器打出的紙帶，由saT2來計算；3小車所受的合外力F用天平測量小桶和沙子的總質(zhì)量，由Gmg來計算三、實驗器材打點計時器、紙帶、復寫紙、小車、一端附有定滑輪的長木板、小盤、夾子、細繩、低壓交流電源、導線、刻度尺、天平、砝碼.一、實驗步驟1用天平分別測出小車的質(zhì)量和小桶的質(zhì)量，把數(shù)據(jù)記錄下來2按如圖2所示安裝器材圖23平衡摩擦力：在長木板的不帶定滑輪的一端下面墊上一塊薄木塊，反復挪動薄木塊的位置，直至不掛重物的小車在斜面上運動時可保持勻速運動狀態(tài)這時小車拖著紙帶運動受到的摩擦力恰好與小車所受的重力在斜面方向上的分力平衡4在小車上加放砝碼，小桶里放入適量的沙子，把砝碼和沙子的質(zhì)量記錄下來把細線系

3、在小車上并繞過滑輪懸掛小桶，接通電源，放開小車，打點計時器在紙帶上打下一系列的點，取下紙帶，在紙上寫上編號5保持小車及車內(nèi)砝碼的質(zhì)量不變，改變沙子的質(zhì)量要用天平稱量，按步驟4再做幾次實驗，將實驗時記錄的數(shù)據(jù)填入表格1中6算出每條紙帶對應的加速度的值并填入表格1中表格1物體的質(zhì)量一定，加速度與受力的關系實驗次數(shù)加速度a/m·s2小車受力F/N12347.保持沙子和小桶的質(zhì)量不變，在小車上增減砝碼，重復上述步驟4，將實驗時記錄的數(shù)據(jù)填入表格2中8算出每條紙帶對應的加速度的值并填入表格2中表格2物體受到的合外力一定，加速度與質(zhì)量的關系實驗次數(shù) 加速度a/m·s2小車及車內(nèi)砝碼質(zhì)量

4、M/kg小車及車內(nèi)砝碼質(zhì)量的倒數(shù)/kg11234二、數(shù)據(jù)處理1探究加速度與力的關系：以a為縱坐標、F為橫坐標，根據(jù)表格1中的各組數(shù)據(jù)在坐標系中描點假如這些點在一條過原點的直線上，說明a與F成正比，如圖3所示圖32探究加速度與質(zhì)量的關系：“a與M成反比實際上就是“a與成正比以a為縱坐標，為橫坐標建立坐標系，根據(jù)表格2中的數(shù)據(jù)描點根據(jù)a­圖象是不是過原點的直線，就能判斷a是不是與質(zhì)量M成反比，如圖4所示圖43實驗結(jié)論：在誤差允許的范圍內(nèi)：1物體質(zhì)量一定時，物體的加速度與作用在物體上的合外力成正比2物體受到的合外力一定時，物體的加速度與物體的質(zhì)量成反比3綜合12結(jié)論那么有：物體的加速度與作

5、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1系統(tǒng)誤差1誤差分析：本實驗中所掛重物的重力為G，小車受到細線的拉力為T.由于沙桶是在加速下降，所以T<G.本實驗中用G代替T，故存在系統(tǒng)誤差2減小誤差的方法：所掛重物的質(zhì)量遠小于小車的總質(zhì)量2偶爾誤差1誤差分析：因讀數(shù)不準和操作不當造成的誤差質(zhì)量的測量誤差測量紙帶上各點間的間隔 的誤差細線或紙帶與木板不平行造成的誤差平衡摩擦力不夠或過度造成的誤差，該誤差使作出的圖象在橫軸或縱軸上產(chǎn)生截距2減小誤差的方法用天平和刻度尺測量時按照標準操作的要求進展測量和讀數(shù)將紙帶展開減小摩擦平衡摩擦力時，用打點法驗證四、本卷須知1在本實驗中，必須平衡

6、摩擦力平衡摩擦力時不要掛重物平衡摩擦力后，在后面的實驗中不管是改變砝碼盤和砝碼的質(zhì)量還是改變小車的質(zhì)量，都不需要重新平衡摩擦力2實驗中，必須滿足小車及小車上砝碼的總質(zhì)量遠遠大于所掛砝碼盤和盤中砝碼的質(zhì)量只有這樣，砝碼盤和砝碼的總重力才可以視為與小車所受細線的拉力相等3在每次實驗時，從盡量靠近打點計時器的位置由靜止釋放小車，并且先通電后釋放小車，在小車到達定滑輪位置時按住小車4利用紙帶計算加速度時，應該求每條紙帶上加速度的平均值5作圖象時，要使盡可能多的點落在所作的直線上，不在直線上的點應盡可能對稱地分布在所作直線的兩側(cè)偏離直線較遠的點可舍去不予考慮.實驗探究1實驗步驟及原理的考察用如圖5所示的

7、裝置研究在作用力F一定時，小車的加速度a與小車質(zhì)量M的關系，某位同學設計的實驗步驟如下：圖5A用天平稱出小車和重物的質(zhì)量；B按圖裝好實驗器材；C把輕繩系在小車上并繞過定滑輪懸掛重物；D將電磁打點計時器接在6 V電壓的蓄電池上，接通電源，放開小車，打點計時器在紙帶上打下一系列點，并在紙帶上標明小車質(zhì)量；E保持重物的質(zhì)量不變，增加小車上的砝碼個數(shù)，并記錄每次增加后的M值，重復上述實驗；F分析每條紙帶，測量并計算出加速度的值；G作a­M關系圖象，并由圖象確定a­M關系1該同學漏掉的重要實驗步驟是 _，該步驟應排在 _步實驗之后2在上述步驟中，有錯誤的選項是_，應把_改為_3在上述

8、步驟中，處理不恰當?shù)氖莀，應把_改為_【解析】實驗中認為重物的重力與小車所受拉力大小相等，沒有考慮摩擦力，故必須平衡摩擦力電磁打點計時器接在6 V電壓的蓄電池上將無法工作，必須接在6 V以下交流電壓的學生電源上作a­M關系圖象，得到的是雙曲線，很難作出正確的判斷，必須“化曲為直，改為a­關系圖象【答案】1平衡摩擦力B2D6 V電壓的蓄電池6 V交流電壓的學生電源3G­M­實驗探究2實驗數(shù)據(jù)的處理在做“探究加速度與力、質(zhì)量的關系的實驗時，計算出各紙帶的加速度后，將測得的反映加速度a和力F的關系的有關資料記錄在表1中，將測得的反映加速度a和質(zhì)量M的關系的資料

9、列在表2中表1a/m·s21.984.065.958.12 F/N1.002.003.004.00表2a/m·s22.04 2.663.233.981/Mkg10.500.670.801.001根據(jù)圖中所列數(shù)據(jù)，分別畫出a­F、a­1/M圖象；2從圖象可以斷定：當M一定時，a與F的關系為_；當F一定時，a與M的關系為_；3由a­F圖象可知M_；4由a­1/M圖象可知F_.【解析】1描點連線，得a­F、a­圖象如下圖2從圖象可以看出，當M一定時，a與F成正比例關系；當F一定時，a與M成反比例關系3由a­F圖

10、象可知，M為圖線的斜率的倒數(shù)，那么M0.5 kg.4由a­圖象可知，F(xiàn)為圖線的斜率，那么F4 N.【答案】1見解析2正比例關系反比例關系30.5 kg44 N實驗探究3創(chuàng)新實驗設計為了“探究加速度與力的關系，使用如圖6所示的氣墊導軌裝置進展實驗其中G1、G2、為兩個光電門，它們與數(shù)字計時器相連，當滑行器通過G1、G2光電門時，光束被遮擋的時間t1、t2都可以被測量并記錄，滑行器連同上面固定的一條形擋光片的總質(zhì)量為M，擋光片寬度為D，兩光電門間的間隔 為s，牽引砝碼的質(zhì)量為m.答復以下問題：圖61實驗開場應先調(diào)節(jié)氣墊導軌下面的螺釘，使氣墊導軌程度在不增加其他儀器的情況下，如何斷定調(diào)節(jié)是否到位？2假設取M0.4 kg，改變m的值，進展屢次實驗，以下m的取值不適宜的一個是_；Am15 g Bm215 gCm3