高中物理牛頓運(yùn)動定律實(shí)驗(yàn)探究加速與力質(zhì)量的關(guān)系新人教

1、 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1學(xué)會用控制變量法探究物理規(guī)律。 2探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系。 3掌握利用圖象處理數(shù)據(jù)的方法。 二、實(shí)驗(yàn)原理采用控制變量法，在探究加速度與力、質(zhì)量三者關(guān)系時，先讓其中一個量保持不變來探究其他兩個量之間的關(guān)系。 1控制小車的質(zhì)量M不變，分析加速度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，分析加速度a與M的關(guān)系。 三、實(shí)驗(yàn)器材打點(diǎn)計(jì)時器、紙帶、復(fù)寫紙片、小車、一端附有定滑輪的長木板、小盤、重物、夾子、細(xì)繩、交流電源、導(dǎo)線、天平(帶有一套砝碼)、刻度尺。 四、實(shí)驗(yàn)步驟 1測質(zhì)量：用天平測量小盤的質(zhì)量m0和小車的質(zhì)量M0。 2安裝器材：按如圖所示將實(shí)

2、驗(yàn)器材安裝好(小車上不系繩)。 3平衡摩擦力：把木板無滑輪的一端下面墊一薄木板，反復(fù)移動其位置，使小車在不掛小盤和砝碼的情況下，能沿木板做勻速直線運(yùn)動(紙帶上相鄰點(diǎn)的間距相等)。 4測a、F(1)把小車停在打點(diǎn)計(jì)時器處，掛上小盤和砝碼，先接通電源，再讓小車拖著紙帶在木板上勻加速下滑，打出一條紙帶，紙帶記錄了小車的運(yùn)動情況，取下紙帶并在紙帶上標(biāo)上號碼及此時所掛小盤和砝碼的總重力mg。(2)保持小車的質(zhì)量不變，改變小盤中砝碼的質(zhì)量，重復(fù)步驟(1)，多做幾次實(shí)驗(yàn)，并記錄好相應(yīng)紙帶的編號及所掛小盤和砝碼的總重力m2g、m3g 3實(shí)驗(yàn)結(jié)論(1)保持物體質(zhì)量不變時，物體的加速度a與所受力F成正比。(2)在

3、力F不變時，物體的加速度a與質(zhì)量M成反比。 六、誤差分析 1系統(tǒng)誤差：本實(shí)驗(yàn)用小盤和砝碼的總重力mg代替小車的拉力，而實(shí)際上小車所受的拉力要小于小盤和砝碼的總重力。小盤和砝碼的總質(zhì)量越接近于小車的質(zhì)量，誤差越大；反之，小盤和砝碼的總質(zhì)量越小于小車的質(zhì)量，由此引起的誤差就越小。因此，滿足小盤和砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量的目的就是為了減小因?qū)嶒?yàn)原理不完善而引起的誤差。 2偶然誤差：摩擦力平衡不準(zhǔn)確、質(zhì)量測量不準(zhǔn)確、計(jì)數(shù)點(diǎn)間距測量不準(zhǔn)確、紙帶和細(xì)繩不嚴(yán)格與木板平行都會引起誤差。 七、注意事項(xiàng) 1平衡摩擦力時不要掛重物，整個實(shí)驗(yàn)平衡了摩擦力后。不管以后是改變小盤和砝碼的質(zhì)量還是改變小車及砝碼的質(zhì)量，

4、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)大于小盤和砝碼的總質(zhì)量。 3改變拉力和小車質(zhì)量后，每次開始時小車應(yīng)盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時器，并應(yīng)先接通電源，再放開小車，且應(yīng)在小車到達(dá)滑輪前按住小車。 4作圖象時，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)盡可能對稱分布在所作直線兩側(cè)。預(yù)習(xí)完成后，請把你疑惑的問題記錄在下面的表格中問題問題1問題問題2問題問題3 要點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)方法 例1 在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，滲透了研究問題的多種科學(xué)方法：(1)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的等效法：_；(2)實(shí)驗(yàn)條件設(shè)計(jì)的科學(xué)方法：_；(3)實(shí)驗(yàn)原理的簡化：_，即當(dāng)小車質(zhì)量M車m沙時，細(xì)繩對小車

5、的拉力大小近似等于沙及桶的總重力m沙g；答案(1)平衡摩擦力法 (2)控制變量法(3)近似法 (4)圖象法 (5)化曲為直法 要點(diǎn)二數(shù)據(jù)處理和誤差分析 例2 某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個探究加速度a與物體所受合力F及質(zhì)量m的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)，如圖1所示，圖甲為實(shí)驗(yàn)裝置簡圖(交流電的頻率為50 Hz)。(1)圖乙為某次實(shí)驗(yàn)得到的紙帶，根據(jù)紙帶可求出小車的加速度大小為_m/s2(保留兩位有效數(shù)字)。圖1 (3)保持小車質(zhì)量不變，改變沙和沙桶質(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變化的圖線，如圖2所示。該圖線不通過原點(diǎn)，請你分析其主要原因是_。圖2 思路點(diǎn)撥解答本題時可按以下思路進(jìn)行分析：(3)由圖可分析，當(dāng)

6、加速度a為零時，拉力F并不為零，說明實(shí)驗(yàn)前沒有平衡摩擦力或者未完全平衡摩擦力。答案見解析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法圖象法、“化曲為直”法(1)研究加速度a和力F的關(guān)系以加速度a為縱坐標(biāo)，力F為橫坐標(biāo)，根據(jù)測量數(shù)據(jù)描點(diǎn)，然后作出圖象，如圖所示，若圖象是一條通過原點(diǎn)的直線，就能說明a與F成正比。 要點(diǎn)三創(chuàng)新方案設(shè)計(jì) 例3 兩個相同的小車并排放在光滑水平桌面上，小車前端系上細(xì)線，線的另一端跨過定滑輪各掛一個小盤，盤里分別放有不同質(zhì)量的砝碼(圖3甲)。小車所受的水平拉力F的大小可以認(rèn)為等于砝碼(包括砝碼盤)所受的重力大小。小車后端也系有細(xì)線，用一只夾子夾住兩根細(xì)線(圖乙)，控制兩輛小車同時開始運(yùn)動和結(jié)束運(yùn)動。

7、圖3 解析實(shí)驗(yàn)過程中，當(dāng)兩小車質(zhì)量相同時，砝碼(包括砝碼盤)重力越大，相同時間內(nèi)位移越大，則加速度越大，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時會發(fā)現(xiàn)，加速度與所受拉力成正比；若砝碼重力不變，即拉力不變時，質(zhì)量越大的小車，相同時間內(nèi)位移越小，即加速度越小，進(jìn)行測量分析知，加速度與質(zhì)量成反比。如果砝碼(包括砝碼盤)的重力G遠(yuǎn)小于小車的重力Mg時，G近似等于拉力F。答案加速度與拉力成正比 加速度與質(zhì)量成反比GMg(1)控制變量法：當(dāng)研究多個物理量的變化規(guī)律時，為了簡便，可設(shè)計(jì)保持其他物理量不變，只研究剩余兩個變化物理量的關(guān)系，這種方法叫做控制變量法。兩個相同的小車放在光滑水平面上，前端各系一條細(xì)繩，繩的另一端跨過定滑輪各掛一個

8、小盤，盤中各放數(shù)目不等的砝碼，就可以驗(yàn)證質(zhì)量一定的條件下，加速度與力的關(guān)系。(2)對比實(shí)驗(yàn)法：對比實(shí)驗(yàn)法在物理實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常用到。兩小車后端各系一條細(xì)繩，一起被一個夾子夾著而使小車靜止(如圖所示)。打開夾子，兩小車同時開始運(yùn)動，關(guān)上夾子，兩小車同時停下來。用刻度尺測出兩小車通過的位移，位移之比就等于它們的加速度之比。 三、實(shí)驗(yàn)器材打點(diǎn)計(jì)時器、紙帶、復(fù)寫紙片、小車、一端附有定滑輪的長木板、小盤、重物、夾子、細(xì)繩、交流電源、導(dǎo)線、天平(帶有一套砝碼)、刻度尺。 四、實(shí)驗(yàn)步驟 1測質(zhì)量：用天平測量小盤的質(zhì)量m0和小車的質(zhì)量M0。 2安裝器材：按如圖所示將實(shí)驗(yàn)器材安裝好(小車上不系繩)。 3實(shí)驗(yàn)結(jié)論(1)

9、保持物體質(zhì)量不變時，物體的加速度a與所受力F成正比。(2)在力F不變時，物體的加速度a與質(zhì)量M成反比。 要點(diǎn)二數(shù)據(jù)處理和誤差分析 例2 某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個探究加速度a與物體所受合力F及質(zhì)量m的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)，如圖1所示，圖甲為實(shí)驗(yàn)裝置簡圖(交流電的頻率為50 Hz)。(1)圖乙為某次實(shí)驗(yàn)得到的紙帶，根據(jù)紙帶可求出小車的加速度大小為_m/s2(保留兩位有效數(shù)字)。圖1 要點(diǎn)三創(chuàng)新方案設(shè)計(jì) 例3 兩個相同的小車并排放在光滑水平桌面上，小車前端系上細(xì)線，線的另一端跨過定滑輪各掛一個小盤，盤里分別放有不同質(zhì)量的砝碼(圖3甲)。小車所受的水平拉力F的大小可以認(rèn)為等于砝碼(包括砝碼盤)所受的重力大小。小車后端也系有細(xì)線，用一只夾子夾住兩根細(xì)線(圖乙)，控制兩輛小車同時開始運(yùn)動和結(jié)束運(yùn)動。圖3 (1)