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1、 实验原理 1保持研究对象即小车的质量不变，改变砂桶内砂的质量，即改变牵引力测出小车的对应加速度，用图象法验证加速度是否正比于作用力 2保持砂桶内砂的质量不变，改变研究对象的质量，即往小车内加砝码，用电磁打点计时器测出小车的对应加速度，用图象法验证加速度是否反比于质量实验器材附有定滑轮的长木板；薄木板；小车；细线；小桶及砂；打点计时器；低压交流电源；导线；天平(带一套砝码)；砝码；毫米刻度尺；纸带及复写纸等实验步骤1用天平测出小车和小桶的质量M和M，并把数值记录下来2按图图所示，安装实验实验 器材，只是不把悬悬挂小桶用的细绳细绳 系在车车上，即不给给小车车施加牵牵引力3平衡摩擦力：在长长木板的
2、不带带定滑轮轮的一端下面垫垫薄木板并反复移动动其位置，直到在打点计时计时 器正常工作后，小车车在斜面上运动时动时 可以保持匀速直线线运动动状态态为为止4记录记录 小车车内所加砝码码的质质量，称好砂子后将砂倒入小桶，把细绳细绳 系在小车车上并绕过绕过 滑轮悬轮悬 挂小桶，此时时要调调整定滑轮轮的高度使绳绳与木板平行，接通电电源，放开小车车，待打点计时计时 器在纸带纸带 上打好点后取下纸带纸带 并作好标记标记 5保持小车总质车总质 量不变变，改变变砂的质质量(均要用天平称量)，按步骤骤4中方法打好纸带纸带 并作好标记标记 6在每条纸带纸带 上都选选取一段比较较理想的部分，算出加速度的值值7用纵纵坐
3、标标表示加速度，横坐标标表示作用力(即砂和桶的总总重力)，根据实验结实验结 果描出相应应的点，如这这些点在一条直线线上，便证证明了加速度与作用力成正比8保持砂和桶的质质量不变变，在小车车上加放砝码码(也需记录记录 好)，重复上面的实验实验 步骤骤，求出相应应的加速度，用纵纵坐标标表示加速度a，横坐标标表示质质量的倒数 ，根据实验结实验结 果描出相应应的点，如果这这些点在一条直线线上，就证证明了加速度与质质量成反比注意事项1实验步骤2、3不需重复，即整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变砂和砂桶的质量还是改变小车及砝码的质量，都不需要重新平衡摩擦力平衡摩擦力是指小车所受动力(重力沿斜面分力)与小
4、车所受阻力(包括小车所受摩擦力和打点计时器对小车后所拖纸带的摩擦力)大小相等实验中，应在小车后拖上纸带，先接通电源，再用手给小车一个初速度若在纸带上打出的点的间隔基本上均匀，才表明平衡了摩擦力，否则必须重新调整薄木板的位置2平衡摩擦力后，每条纸带纸带 必须满须满 足在小车车上所加砝码码的质质量远远大于砂和砂桶的总质总质 量的条件下进进行，只有如此，砂和砂桶的总总重力才可视为视为 小车车所受的拉力3改变变拉力和小车质车质 量后，每次开始时时小车应车应 尽量靠近打点计时计时 器(或尽量远远离带带滑轮轮的一端)，并应应先接通电电源，再放开小车车，且在小车车到达滑轮轮前应应按住小车车4各纸带纸带 上的
5、加速度a，都应应是该纸带该纸带 上的平均加速度5作图图象时时，要使尽可能多的点在所作直线线上，不在直线线上的点应应尽可能对对称分布在所作直线线两侧侧误差分析1因实验原理不完善引起的误差本实验用砂和砂桶的总重力(mM)g代替小车的拉力，而实际小车所受的拉力要小于砂和砂桶的总重力砂和砂桶的总质量越接近小车和砝码的总质量，误差越大，砂和砂桶的总质量越小于小车和砝码的总质量，由此引起的误差就越小因此，满足砂和砂桶的总质量m远小于小车和砝码的总质量M的目的就是为了减小因实验原理不完善而引起的误差此误差可因mM而减小，但不可能消去此误误差证证明如下：小车车和砂桶的受力情况如图图所示对对小车车：FMa对对砂
6、桶：mgFma可见见当Mm时时，Fmg.2摩擦力平衡不准确、质质量测测量不准、记记数点间间距测测量不准、纸带纸带 拉线线不严严格与木板平行也是引起误误差的原因命题规律 根据实验数据利用图象法处理，会作图象，会根据图象建立加速度、质量、外力的关系考例1 (2009江苏苏)“探究加速度与物体质质量、物体受力的关系”的实验实验 装置如图图甲所示(1)在平衡小车车与桌面之间间摩擦力的过过程中，打出了一条纸带纸带 如图图乙所示计时计时 器打点的时间间时间间 隔为为0.02s.从比较较清晰的点起，每5个点取一个计计数点，量出相邻计邻计数点之间间的距离，该该小车车的加速度a_m/s2.(结结果保留两位有效数
7、字)(2)平衡摩擦力后，将5个相同的砝码码都放在小车车上挂上砝码盘码盘 ，然后每次从小车车上取一个砝码码添加到砝码码盘盘中，测测量小车车的加速度小车车的加速度a与砝码盘码盘 中砝码总码总 重力F的实验实验 数据如下表：请请根据实验实验 数据作出aF的关系图图象砝码盘码盘 中砝码码 总总重力F(N)0.19 60.39 20.58 80.78 40.98 0加速度a(ms2)0.69 1.18 1.66 2.18 2.70(3)根据提供的实验实验 数据作出的aF图线图线 不通过过原点请说请说 明主要原因解析 (1)由题意知t0.1s，s(3.683.52)102m.根据sat2，得a0.16m/
8、s2.(2)根据图中数据，合理地设计横纵坐标的刻度值，使图线的倾斜程度不至于太大，也不至于太小，45左右为宜，由此确定G的范围从0设置到1N较合适，而a则从0到3m/s2较合适(3)与纵坐标相交而不过原点，说明当不挂砝码时，小车仍有加速度，即未计入砝码盘的重力答案 (1)0.16(0.15也算对对) (2)见见下图图 (3)未计计入砝码盘码盘 的重力如图图所示的实验实验 装置可以探究加速度与力、质质量的关系，小车车上固定一个盒子，盒内盛沙子沙桶的总质总质量(包括桶以及桶内沙子质质量)记为记为 m，小车车的总质总质 量(包括车车、盒子及盒内沙子质质量)记为记为 M.(1)验证验证 在质质量不变变
9、的情况下，加速度与合外力成正比：从盒子中取出一些沙子，装入沙桶中，称量并记录记录沙桶的总总重力mg将该该力视为视为 合外力F，对应对应 的加速度a则则从打下的纸带纸带 中计计算得出，多次改变变合外力F的大小，每次都会得到一个相应应的加速度，本次实验实验 中，桶内的沙子取自小车车中，故系统统的总质总质 量不变变以合外力F为为横轴轴，以加速度a为纵轴为纵轴 ，画出aF图图象，图图象是一条过过原点的直线线aF图图象斜率的物理意义义是_ 你认为认为 把沙桶的总总重力mg当作合外力F是否合理 ？ 答：_.(填“合理”或“不合理”) 本次实验实验 中，是否应该满应该满 足Mm这样这样 的条件？ 答：_(填
10、“是”或“否”)；理由是_ (2)验证验证 在合外力不变变的情况下，加速度与质质量成反 比：保持桶内沙子质质量m不变变，在盒子内添加或去掉一些 沙子，验证验证 加速度与质质量的关系本次实验实验 中，桶内的 沙子总质总质 量不变变，故系统统所受的合外力不变变 用图图象法处处理数据时时，以加速度a为纵轴为纵轴 ，应该应该 以 _倒数为为横轴轴解析 (1)将车内的沙子转移到桶中，就保证了Mm不变，即系统的总质量不变，研究对象是整个系统， 可见aF图象斜率的物理意义是 ，系统的合外力就等于所悬挂沙桶的重力mg，不必满足Mm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Mm，而系统的合外力
11、仍等于所悬挂沙桶的重力mg，保证了合外力不变答案 (1) 合理 否 因为实验为实验 的研究对对象是整个系统统，系统统受到的合外力就等于mg(2)Mm命题规律 根据实验原理对实验进行创新，考查迁移能力，灵活运用所学知识的能力考例2 如图图甲，质质量为为M的滑块块A放在气垫导轨垫导轨B上，C为为位移传传感器，它能将滑块块A到传传感器C的距离数据实时传实时传 送到计计算机上，经计经计 算机处处理后在屏幕上显显示滑块块A的位移时间时间 (xt)图图象和速率时间时间 (vt)图图象整个装置置于高度可调节调节 的斜面上，斜面的长长度为为l、高度为为h.(取重力加速度g9.8m/s2，结结果可保留一位有效数
12、字)(1)现给现给 滑块块A一沿气垫导轨垫导轨 向上的初速度，A的vt图线图线 如图图乙所示从图线图线 可得滑块块A下滑时时的加速度a_m/s2，摩擦力对对滑块块A运动动的影响_(填“明显显，不可忽略”或“不明显显，可忽略”)(2)此装置还还可用来验证验证 牛顿顿第二定律，实验实验 是通过过改变变_，可验证质验证质 量一定时时，加速度与力成正比的关系；通过过改变变_，可验证验证 力一定时时，加速度与质质量成反比的关系(3)将气垫导轨换垫导轨换 成滑板，滑块块A换换成滑块块A，给给滑块块A一沿滑板向上的初速度，A的xt图线图线 如图图丙图图线线不对对称是由于_造成的，通过图线过图线 可求得滑板的
13、倾倾角_(用反三角函数表示)，滑块块与滑板间间的动动摩擦因数_.解析 (1)因vt图的斜率表示加速度，由图可知滑块A可见摩擦力对运动的影响不明显，可忽略(2)当摩擦力为零时，滑块A所受合力FMgsinMg ，所以可通过改变h，验证质量一定时加速度与力的关系，通过改变M、h，且使Mh不变，验证力一定时，加速度与质量成反比的关系 (3)图象不对称表明上滑与下滑过程中A的加速度不相等，是由于滑动摩擦力造成的由图象可知，上滑与下滑的位移均为x0.64m，上滑时间t10.4s，下滑时间t20.6s.由x 可得，上滑加速度a18.0m/s2，下滑加速度a23.6m/s2.由牛顿第二定律得a1gsingco
14、s，a2gsingcos联立得arcsin0.6，0.3.答案 (1)5.8 不明显显，可忽略 (2)斜面高度h 滑块块A的质质量M及斜面的高度h，且使Mh不变变 (3)滑动动摩擦力 arcsin0.6 0.3某实验实验 小组设计组设计 了如图图所示的实验实验 装置探究加速度与力、质质量的关系开始时闭时闭 合开关，电电磁铁铁将A、B两个小车车吸住，断开开关，两小车车同时时在细绳细绳 拉力作用下在水平桌面上沿同一直线线相向运动动实验实验 中始终终保持小车质车质 量远远大于托盘盘和砝码码的质质量，实验实验 装置中各部分摩擦阻力可忽略不计计该该小组组同学认为认为 ，只要测测出小车车A和B由静止释释放
15、到第一次碰撞通过过的位移s1、s2，即可得知小车车A和B的加速度a1、a2的关系是 .你认为这认为这 个实验实验 方案的优优点是_实验时实验时 ，该该小组组同学保持两小车质车质 量相同且不变变，改变变左、右托盘盘内的砝码码的重力，测测量并记录对应记录对应 拉力下车车A和B通过过的位移s1和s2.经过经过 多组组数据分析得出了小车车运动动的加速度与所受拉力的关系如果要继续继续 利用此装置验证验证 小车车的加速度与小车质车质 量的关系，需要控制的条件是_，需要测测量的物理量有_(要求对对表示物理量的字母作出说说明)，它们们之间间的关系式是_答案 不用测测量时间时间 保持两小车车所受的拉力相等且不变变，或答两托盘盘(含砝码码)的重力相等；小车车A的质质量m1、位移s1；小车车B的质质量m2、位移 请同学们认真完成课后强化作业
