第6章 第2節(jié) 第1課時(shí) 實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系

1、.第2節(jié)牛頓第二定律第1課時(shí)實(shí)驗(yàn)：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(guān)系二、實(shí)驗(yàn)原理1探究加速度a與力F及質(zhì)量m的關(guān)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(gè)數(shù)或小桶內(nèi)砂子的質(zhì)量，從而改變細(xì)繩對(duì)小車的拉力F，測(cè)出小車的加速度，研究小車的加速度與拉力的關(guān)系圖12保持小盤和砝碼的總質(zhì)量不變，即細(xì)繩對(duì)小車?yán)不變，在小車上增減砝碼，改變小車的總質(zhì)量，測(cè)出小車對(duì)應(yīng)的加速度，研究小車的加速度與其質(zhì)量的關(guān)系2測(cè)量方法1小車與其上砝碼的總質(zhì)量M用天平測(cè)量；2小車的加速度a利用打點(diǎn)

2、計(jì)時(shí)器打出的紙帶，由saT2來(lái)計(jì)算；3小車所受的合外力F用天平測(cè)量小桶和沙子的總質(zhì)量，由Gmg來(lái)計(jì)算三、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、夾子、細(xì)繩、低壓交流電源、導(dǎo)線、刻度尺、天平、砝碼.一、實(shí)驗(yàn)步驟1用天平分別測(cè)出小車的質(zhì)量和小桶的質(zhì)量，把數(shù)據(jù)記錄下來(lái)2按如圖2所示安裝器材圖23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塊，反復(fù)挪動(dòng)薄木塊的位置，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)這時(shí)小車拖著紙帶運(yùn)動(dòng)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(lái)把細(xì)線系

3、在小車上并繞過(guò)滑輪懸掛小桶，接通電源，放開(kāi)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，在紙上寫上編號(hào)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(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·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(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物體受到的合外力一定，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(guān)系：以a為縱坐標(biāo)、F為橫坐標(biāo)，根據(jù)表格1中的各組數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中描點(diǎn)假如這些點(diǎn)在一條過(guò)原點(diǎn)的直線上，說(shuō)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(guān)系：“a與M成反比實(shí)際上就是“a與成正比以a為縱坐標(biāo)，為橫坐標(biāo)建立坐標(biāo)系，根據(jù)表格2中的數(shù)據(jù)描點(diǎn)根據(jù)a­圖象是不是過(guò)原點(diǎn)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(shí)驗(yàn)結(jié)論：在誤差允許的范圍內(nèi)：1物體質(zhì)量一定時(shí)，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(shí)，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(shí)驗(yàn)中所掛重物的重力為G，小車受到細(xì)線的拉力為T.由于沙桶是在加速下降，所以T<G.本實(shí)驗(yàn)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(yuǎn)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(zhǔn)和操作不當(dāng)造成的誤差質(zhì)量的測(cè)量誤差測(cè)量紙帶上各點(diǎn)間的間隔 的誤差細(xì)線或紙帶與木板不平行造成的誤差平衡摩擦力不夠或過(guò)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(cè)量時(shí)按照標(biāo)準(zhǔn)操作的要求進(jìn)展測(cè)量和讀數(shù)將紙帶展開(kāi)減小摩擦平衡摩擦力時(shí)，用打點(diǎn)法驗(yàn)證四、本卷須知1在本實(shí)驗(yàn)中，必須平衡

6、摩擦力平衡摩擦力時(shí)不要掛重物平衡摩擦力后，在后面的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)中，必須滿足小車及小車上砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(xì)線的拉力相等3在每次實(shí)驗(yàn)時(shí)，從盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(dá)定滑輪位置時(shí)按住小車4利用紙帶計(jì)算加速度時(shí)，應(yīng)該求每條紙帶上加速度的平均值5作圖象時(shí)，要使盡可能多的點(diǎn)落在所作的直線上，不在直線上的點(diǎn)應(yīng)盡可能對(duì)稱地分布在所作直線的兩側(cè)偏離直線較遠(yuǎn)的點(diǎn)可舍去不予考慮.實(shí)驗(yàn)探究1實(shí)驗(yàn)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(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5A用天平稱出小車和重物的質(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(guò)定滑輪懸掛重物；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(kāi)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保持重物的質(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)系圖象，并由圖象確定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 _步實(shí)驗(yàn)之后2在上述步驟中，有錯(cuò)誤的選項(xiàng)是_，應(yīng)把_改為_(kāi)3在上述

8、步驟中，處理不恰當(dāng)?shù)氖莀，應(yīng)把_改為_(kāi)【解析】實(shí)驗(yàn)中認(rèn)為重物的重力與小車所受拉力大小相等，沒(méi)有考慮摩擦力，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(wú)法工作，必須接在6 V以下交流電壓的學(xué)生電源上作a­M關(guān)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(guān)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(xué)生電源3G­M­實(shí)驗(yàn)探究2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理在做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)時(shí)，計(jì)算出各紙帶的加速度后，將測(cè)得的反映加速度a和力F的關(guān)系的有關(guān)資料記錄在表1中，將測(cè)得的反映加速度a和質(zhì)量M的關(guān)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(dāng)M一定時(shí)，a與F的關(guān)系為_(kāi)；當(dāng)F一定時(shí)，a與M的關(guān)系為_(kāi)；3由a­F圖象可知M_；4由a­1/M圖象可知F_.【解析】1描點(diǎn)連線，得a­F、a­圖象如下圖2從圖象可以看出，當(dāng)M一定時(shí)，a與F成正比例關(guān)系；當(dāng)F一定時(shí)，a與M成反比例關(guān)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(jiàn)解析2正比例關(guān)系反比例關(guān)系30.5 kg44 N實(shí)驗(yàn)探究3創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為了“探究加速度與力的關(guān)系，使用如圖6所示的氣墊導(dǎo)軌裝置進(jìn)展實(shí)驗(yàn)其中G1、G2、為兩個(gè)光電門，它們與數(shù)字計(jì)時(shí)器相連，當(dāng)滑行器通過(guò)G1、G2光電門時(shí)，光束被遮擋的時(shí)間t1、t2都可以被測(cè)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(fù)以下問(wèn)題：圖61實(shí)驗(yàn)開(kāi)場(chǎng)應(yīng)先調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌下面的螺釘，使氣墊導(dǎo)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(shè)取M0.4 kg，改變m的值，進(jìn)展屢次實(shí)驗(yàn)，以下m的取值不適宜的一個(gè)是_；Am15 g Bm215 gCm3