第二節(jié)實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系

第二節(jié)

實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系

什么是物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變？根據(jù)牛頓第一定律，物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的原因是什么？

復(fù)習(xí)思考：物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變指的是物體的速度發(fā)生了變化力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因力運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化速度變化產(chǎn)生加速度力是產(chǎn)生加速度的原因一、【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

——定量分析a、F合、m的關(guān)系。二、【實(shí)驗(yàn)原理】

研究方法：

B．F一定時(shí)，a與m的定量關(guān)系

A．m一定時(shí)，a與F的定量關(guān)系控制變量法◆．實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì):

——參考方案一：用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器探究小車：研究對(duì)象，可用天平稱其質(zhì)量M.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器：測(cè)量小車運(yùn)動(dòng)過程中的加速度a.砝碼盤和砝碼：重力mg提供拉力GFNFf1.小車質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于托盤和砝碼質(zhì)量即：M>>m2.平衡摩擦

F合=mg的條件平衡摩擦力：GG1FNfG1平衡摩擦力f。

當(dāng)M>>m時(shí)，可近似認(rèn)為小車所受的拉力F等于mg.三、【實(shí)驗(yàn)器材】——打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，紙帶及復(fù)寫紙，小車，一端附有滑輪的長(zhǎng)木板，小盤和砝碼，細(xì)繩，低壓交流電源，導(dǎo)線，天平，刻度尺．四、【實(shí)驗(yàn)步驟】

1．用天平測(cè)出小車M、砝碼的質(zhì)量和小盤與砝碼的總質(zhì)量m，把數(shù)據(jù)記錄下來．

2．安裝好實(shí)驗(yàn)裝置，在小車上裝好紙帶，紙帶另一端穿過計(jì)時(shí)器限位孔，調(diào)整木板傾斜程度，平衡摩擦力。

3．控制小車質(zhì)量不變，用細(xì)線將小盤與小車相連（小盤質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量），打開打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，釋放小車，測(cè)出一組數(shù)據(jù)。

4．改變小盤內(nèi)砝碼個(gè)數(shù)，多測(cè)幾組數(shù)據(jù)。

算出每條紙帶對(duì)應(yīng)的加速度的值，填入表格（一）中。5．保持小盤內(nèi)砝碼個(gè)數(shù)不變，改變小車質(zhì)量，再測(cè)幾組數(shù)據(jù)。

并將對(duì)應(yīng)的質(zhì)量和加速度的值，填入表格（二）中。五、【數(shù)據(jù)處理】實(shí)驗(yàn)次數(shù)F(N)a(m/s2)123450.100.1460.200.3020.300.4280.400.5920.500.751F/Na/m·s-20.150.300.450.600.7500.10.20.30.40.5

①結(jié)論：M一定時(shí)，a∝F

①②

②平衡摩擦不夠或沒有平衡摩擦

③平衡摩擦過度

③

（1）M一定，a與F關(guān)系次數(shù)m/kga/m·s-210.4000.86120.5000.69230.7500.47041.0000.35251.2000.2901/mkg-12.502.001.331.000.83m/kga/m·s-20.20.40.60.81.000.20.40.60.81.01.2

（2）F一定，a與

M的關(guān)系a/m·s

-20.20.40.60.81.000.51.01.52.02.5/kg-1m1結(jié)論：F一定時(shí)，

a∝1/M六、【注意事項(xiàng)】1．在平衡摩擦力時(shí)，去托盤和砝碼，讓小車拖著被打點(diǎn)的紙帶運(yùn)動(dòng)．不需重復(fù)平衡摩擦力2．每條紙帶必須在滿足小車與車上所加砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)大于小盤和砝碼的總質(zhì)量的條件下打出．只有如此，小車受到的拉力才可視為等于小盤和砝碼的總重力．3．改變拉力和小車質(zhì)量后，每次開始時(shí)小車應(yīng)盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)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．七、【誤差來源】1．測(cè)量誤差：（1）質(zhì)量的測(cè)量．（2）打點(diǎn)間隔距離的測(cè)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：

本實(shí)驗(yàn)中用小盤和砝碼的總重力代替小車受到的拉力(實(shí)際上小車受到的拉力要小于小盤和砝碼的總重力)，存在系統(tǒng)誤差.方案二：以小車、一端帶有定滑輪的長(zhǎng)木板、細(xì)線、砝碼、刻度尺、天平、夾子為實(shí)驗(yàn)器材，研究小車的運(yùn)動(dòng)，利用兩小車位移之比就等于加速度之比來研究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系?！獏⒖挤桨付篎/Na/m·s

-20.150.300.450.600.7500.10.20.30.40.5當(dāng)小車質(zhì)量不變時(shí)次數(shù)F/Na/m·s-2123450.100.1460.200.3020.300.4280.400.5920.500.7511.探究加速度與合力的關(guān)系如何更直觀地處理數(shù)據(jù)？m/kga/m·s

-20.20.40.60.81.000.20.40.60.81.01.2當(dāng)拉力不變時(shí)次數(shù)m/kga/m·s-2123451/m(kg-1)2.502.001.331.000.830.4000.8610.5000.6920.7500.4701.0000.3521.2000.2902.探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系1/m(kg-1)a/m·s

-20.20.40.60.81.000.51.01.52.02.5（三）實(shí)驗(yàn)結(jié)論m一定時(shí)，a∝FF一定時(shí)，a∝1/mF/Na/m·s

-20.150.300.450.600.7500.10.20.30.40.51/m(kg-1)a/m·s

-20.20.40.60.81.000.51.01.52.02.5用天平稱出小車和小桶及內(nèi)部所裝砂子的質(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6V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a－M關(guān)系圖象，并由圖象確定a－M

的關(guān)系實(shí)驗(yàn)步驟的考查例1.在用如圖所示的裝置研究作用力F一定時(shí)，小車的加速度a與小車質(zhì)量M的關(guān)系時(shí)，某位同學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)步驟如下：(1)該同學(xué)漏掉的重要實(shí)驗(yàn)步驟是

，該步驟應(yīng)排在

步實(shí)驗(yàn)之后。(2)在上述步驟中，有錯(cuò)誤的是

，應(yīng)把

改為

。(3)在上述步驟中，處理不恰當(dāng)?shù)氖?/p>

，應(yīng)把

改為

。平衡摩擦力BD6V的蓄電池6V以下交流電壓的學(xué)生電源Ga－1/Ma－M例2.某實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)在“探究加速度與物體的質(zhì)量以及外力的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)物體的質(zhì)量一定時(shí)，分別根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出了不同的實(shí)驗(yàn)圖象，如圖所示。則下列說法中正確的是(

)數(shù)據(jù)處理的考查A.形成圖甲的原因是平衡摩擦力時(shí)長(zhǎng)木板傾角過大B.形成圖乙的原因是平衡摩擦力時(shí)長(zhǎng)木板傾角過小C.形成圖丙的原因是平衡摩擦力時(shí)長(zhǎng)木板傾角過大D.形成圖丁的原因是平衡摩擦力時(shí)長(zhǎng)木板傾角過小AD實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理例3.在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。(1)為驗(yàn)證小車質(zhì)量M不變時(shí)，a與F

成正比。小車質(zhì)量M

和沙及桶的質(zhì)量m

分別選取下列幾組數(shù)值。應(yīng)該用哪組效果會(huì)好(

)A.M＝500g，m

分別為50g、70g、100g、125gB.M＝500g，m

分別為20g、30g、40g、50gC.M＝200g，m

分別為50g、70g、100g、125gD.M＝200g，m

分別為30g、40g、50g、60gB(2)有兩位同學(xué)通過測(cè)量作出a－F

圖象，如圖甲、乙所示。試分析：A

圖線不通過坐標(biāo)原點(diǎn)的原因是______________________________________；A

圖線上部彎曲的原因是____________________________________________；B圖線在縱軸上有截距的原因是______________________________________。沒有平衡摩擦力或摩擦力平衡不夠未滿足沙和沙桶質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量M平衡摩擦力過度

小結(jié)探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系1.研究方法2.數(shù)據(jù)處理方法3.結(jié)論控制變量法圖象法a∝Fa∝1/m1．關(guān)于“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)，下列說法中符合實(shí)際的是(

)A.通過同時(shí)改變小車的質(zhì)量及受到的拉力的研究，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，只改變小車質(zhì)量的研究，就可以得出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系D.先不改變小車質(zhì)量，研究加速度與力的關(guān)系；再不改變受力，研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系，最后歸納出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系D2.在做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，某學(xué)生將實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示安裝，準(zhǔn)備接通電源后開始做實(shí)驗(yàn)，但他的裝置圖中有兩個(gè)明顯的錯(cuò)誤，請(qǐng)你指出來：（1）

（2）沒有平衡摩擦力打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)使用低壓交流電源(1)根據(jù)表中的數(shù)據(jù)在如圖所示的坐標(biāo)中作出a－F圖象；3．某同學(xué)在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，測(cè)得小車的加速度a和拉力F的數(shù)據(jù)如下表所示：F/N0.200.300.400.500.60a/(m·s－2)0.110.190.290.400.51(2)圖象的斜率的物理意義是_________________；(3)圖象(或延長(zhǎng)線)與F軸的截距的物理意義是___________；(4)小車和砝碼的總質(zhì)量為________kg。小車和砝碼的總質(zhì)量的倒數(shù)小車受到的阻力14.如圖所示，兩個(gè)高1.2m左右的支架上，放著兩條平行光滑鋁合金導(dǎo)軌，且已調(diào)成水平狀態(tài)，在光滑的導(dǎo)軌上放著兩輛質(zhì)量相等、性能一樣的小車，1號(hào)車放在左邊，系有一根通過木板右端的小定滑輪的細(xì)線，繩端有一小桶，桶中可放砝碼。2號(hào)車在右端，系有一根通過木板左端的小定滑輪的細(xì)線，繩端有一相同的小桶，兩輛車一開始被左、右兩端的電磁鐵吸住，電磁鐵串聯(lián)后接在6V的學(xué)