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1、第 5 课时 实验 : 探究加速度与力、质量的关系 实验详解 要点例析 一、实验目的 1. 学会用控制变量法研究物理规律 . 2. 学会灵活运用图象处理物理问题的方法 . 3. 探究加速度与力、质 量的关系 . 实验详解 逐项说明 掌握 技能 二、实验原理 1. 当研究对象有两个以上的参量发生变化时 , 设法控制某些参量使之不变 , 而研究另外两个参量之间的变化关系 , 这种方法叫控制变量法 . 2. 本实验中有力 F 、质量 M 和加速度 a 三个变量 , 研究 及 M 的关系时 , 先控制质量 M 不变 , 研究 a 与 F 的关系 ; 然后再控制力 F 不变 , 研究 a 与 M 的关系
2、 . 三、实验器材 打点计时器、纸带、复写纸、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘、细绳、低压交流电源、导线、天平 ( 带砝码 ) 、刻度尺 . 四、实验步骤 1. 用天平测出小车和小盘的质量 , 把数值记录下来 . 2. 把一端附有定滑轮的 长木板放在实验桌上 , 并使滑轮伸出桌面 , 把打点计时器固定在长木板上远离滑轮的一端 , 连接好电路 . 3. 平衡摩擦力 : 在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木板 , 反复移动木板的位置 , 直至小车在斜面上运动时可以保持匀速运动状态 . 4. 把小车停在打点计时器处 , 挂上小盘和砝码 , 先接通电源 ,再让小车拖着纸带在木板上匀加速下滑 ,
3、 打出一条纸带 . 计算小盘和砝码的重力 , 即为小车所受的合力 , 由纸带计算出小车的加速度 , 并把力和对应的加速度填入表 ( 一 ) 中 . 表 ( 一 ) 实验次数 加速度 a/(m ) 小车受力 F/N 1 2 3 4 5. 改变小盘内砝码的个数 , 重复步骤 4, 并多做几次 . 6. 保持小盘内的砝码质量不变 , 在小车上放上砝码改变小车的质量 , 让小车在木板上滑动并打出纸带 . 计算砝码和小车的总质量 M, 由纸带计算出小车对应的加速度 二 ) 中 . 7. 改变小车上砝码的个数 , 重复步骤 6, 并多做几次 . 表 ( 二 ) 实验次数 加速度 a/(m ) 小车与小车上
4、砝码 的总质量 M/1 2 3 五、数据处理 1. 先在纸带上标明计数点 , 测量各计数点间的距离 , 根据公式a=2算加速度 . 2. 根据记录的各组对应的加速度 a 与小车所受牵引力 F, 建立直角坐标系 , 描点画 a F 图象 , 如果图象是一条过原点的直线 ,便证明加速度与作用力成正比 . 再根据记录的各组对 应的加速度 a 与小车和小车上砝码的总质量 M, 建立直角坐标系 , 描点画 如果图象是一条过原点的直线 , 就证明了加速度与质量成反比 . 温馨提示 因 a 与 M 成反比 ,a 与 故a M 图象是曲线 , 在研究两个量的关系时 ,直线更易确定它们之间的关系 , 故本实验作
5、 六、误差分析 产生原因 减小方法 测量误差 : 质量测量不准确 纸带上所打点间距测量不准 (1) 多次测量取平均值 (2) 舍掉纸带上开头较密集的点 , 在后面便于测量的地方找起点 (3) 从开始点起 , 每五个点标一个计数点 , 相邻计数点间隔 0.1 s 拉线或纸带不与木板平行 调节拉线或纸带使之与木板平行 偶然误差 平衡摩擦力不准确 在平衡摩擦力时 , 除不挂小盘外 , 其他的都跟正式实验一样 ( 如要挂好纸带 , 先接通打点计时器后放纸带等 ) 系统误差 本实验用小盘和砝码的总重力 替小车的拉力 , 而实际上小车所受 拉力要小于小盘和砝码的总重力 让小盘和砝码的总质量远小于小车的总质
6、量 七、注意事项 1. 在本实验中 , 必须平衡摩擦力 , 在平衡摩擦力时 , 不能把小盘系在小车上 , 即不要给小车加任何牵引力 , 但必须让小车拖着打点的纸带运动 . 2. 安装器材时 , 要调整滑轮的高度 , 使拴小车的细绳与斜面平行 , 且连接小车和小盘应在平衡摩擦力之后 . 3. 改变小车的质量或拉力的大小时 , 改变量应尽可能大一些 , 但应满足小盘和盘内砝码的总质量 m 远小于小车和车上砝码的总质量 M. 4. 改变拉力和小车质量后 , 每次开始时小车应尽量靠近打点计时器 , 并应先接通电源 , 再放开小车 , 且应在小车到达滑轮前按住小车 . 5. 作图时 , 两坐标轴标度比例
7、要适当 , 要使尽可能多的点落在所作直线上 , 不在直线上的点尽可能对称分布在所作直线两侧 . 类型一 对实验原理及步骤的考查 【例 1 】 (2 0 12 年安徽理综改编 ) 图 ( 甲 ) 为“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置示意图 . 沙和沙桶的总质量为 m, 小车和砝码的总质量为 M. 实验中用沙和沙桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小 . 要点例析 典例 精 析 把握规律 (1) 实验中 , 为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力 , 先调节长木板一端滑轮的高度 , 使细线与长木板平行 . 接下来还需要进行的一项操作是 ( ) A. 将长木板水平放置 , 让小车连着已经穿
8、过打点计时器的纸带 , 给打点计时器通电 . 调节 m 的大小 , 使小车在沙和沙桶的牵引下运动 . 从打出的纸带判断小车是否做匀速运动 B. 将长木板的一端垫起适当的高度 . 让小车连着已经穿过打点计时器的纸带 , 撤去沙和沙桶 , 给打点计时器通电 , 轻推小车 , 从打出的纸带判断小车是否做匀速运动 C. 将长木板的一端垫起适当的高度 , 撤去纸带以及沙和沙桶 ,轻推小车 , 观察判断小车是否做匀速运动 (2) 实验中要进行质量 m 和 M 的选取 , 以下最合理的一组是 ( ) 00 g ,m=1 0 g 、 15 g 、 2 0 g 、 25 g 、 3 0 g 、 40 g 00
9、g ,m=2 0 g 、 40 g 、 6 0 g 、 80 g 、 1 00 g 、 12 0 g 00 g ,m=1 0 g 、 15 g 、 2 0 g 、 25 g 、 3 0 g 、 40 g 00 g ,m=2 0 g 、 40 g 、 6 0 g 、 80 g 、 1 00 g 、 12 0 g (3) 图 ( 乙 ) 是实验中得到的一条纸带 ,A 、 B 、 C 、 D 、 E 、 F 、 G 为 7个相邻的计数点 , 相邻的两个计数点之间还有四个点未画出 . 量出相邻的计数点之间的距离分别为 :s s s 5. 08 c m 、 s 5. 49 c m 、 s 5. 91 c
10、 m 、 s 6. 34 c m. 已知打点计时器的工作频率为 50 则小车的加速度 a= m / 结果保留两位有效数字 ) 解析 : ( 1 ) 据题意需进行的操作是平衡摩擦力 . 平衡方法为 :将长木板无滑轮一侧垫起适当的高度 , 不挂沙桶 , 开启打点计时器 , 轻推小车 , 根据车后纸带打点情况判断小车是否做匀速运动 . 选项 B 符合要求 . (2) 因用沙和沙桶的总重力大小作为细线对小车的拉力 ,满足条件为 m m 这样的条件 . (2) 向小车内添加或去掉部分沙子 , 是改变系统的总质量 M+m, 而系统的合力仍等于所悬挂沙桶的重力 保证了合力不变 . 答案 : (1) 1合理 否 因为实验的研究对象是整个系统 , 系统受到的合力就等于(2)M+m 点击进入课后训练
