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1、 一、实验目的1学会用控制变量法研究物理规律2探究加速度与力、质量的关系3掌握灵活运用图象处理问题的方法二、实验原理控制变量法：在所研究的问题中，有两个以上的参量在发生牵连变化时，可以控制某个或某些量不变，只研究其中两个量之间的变化关系的方法，这也是物理学中研究问题时经常采用的方法本实验中，研究的参量为F、m和a，可以控制参量m一定，研究a与F的关系，也可控制参量F一定，研究a与m的关系三、实验器材电磁打点计时器、复写纸片和纸带、一端有定滑轮的长木板、小车、小盘、低压交流电源、天平、砝码、刻度尺、导线四、实验操作1实验步骤(如图实31)(1)用天平测测量小盘盘的质质量m0和小车车的质质量M0.
2、(2)把一端附有滑轮轮的长长木板放在实验实验 桌上，并使滑轮轮伸出桌面，把打点计时计时 器固定在长长木板上远远离滑轮轮的一端，连连接好电电路(3)平衡摩擦力：小车车的尾部挂上纸带纸带 ，纸带纸带 穿过过打点计计时时器的限位孔，将木板无滑轮轮的一端稍微垫垫高一些，使小车车在不挂小盘盘和砝码码的情况下，能沿木板做匀速直线线运动动这样这样 小车车所受重力沿木板的分力与小车车所受摩擦力平衡在保证证小盘盘和砝码码的质质量远远小于小车车质质量的条件下，可以近似认为认为 小盘盘和砝码码的总总重力大小等于小车车所受的合外力的大小(4)把小车车停在打点计时计时 器处处，挂上小盘盘和砝码码，先接通电电源，再让让小
3、车车拖着纸带纸带 在木板上匀加速下滑，打出一条纸带纸带 (5)改变变小盘盘内砝码码的个数，重复步骤骤4，并多做几次(6)保持小盘盘内的砝码码个数不变变，在小车车上放上砝码码改变变小车车的质质量，让让小车车在木板上滑动动打出纸带纸带 (7)改变变小车车上砝码码的个数，重复步骤骤6.2数据处处理(1)计计算保持小车质车质 量不变时变时 ，各次小盘盘和砝码码的重力(作为为小车车的合力)及对应纸带对应纸带 的加速度填入表(一)中表(一)实验实验 次数加速度a/(ms2)小车车受力F/N1234(2)计计算保持小盘盘内的砝码码个数不变时变时 ，各次小车车和砝码码的总质总质 量及对应纸带对应纸带 的加速度
4、，填入表(二)中表(二)实验实验 次数 加速度a/(ms2)小车车和砝码码的总质总质 量M/kg1234五、注意事项1在实验中，小车所受的摩擦力是造成系统误差的一个重要因素减小这种误差的方法是在长木板的一端垫上小木块，使其适当倾斜，利用小车重力沿斜面方向的分力平衡摩擦力2判断小车是否做匀速直线运动，一般可目测，必要时可以打一条纸带，看上面各点间的距离是否相等3在本实验中，由于两颗小车轮子的灵活程度可能不相同，所受的摩擦力也可能不相等，平衡摩擦力就有困难应该尽可能选取光滑的长木板进行实验，以减小因摩擦而造成的系统误差4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，且连接小车和砝码盘应在
5、平衡摩擦力之后7改变小车的质量或拉力的大小时，改变量应尽可能大一些，但应满足砝码盘和盘内砝码的总质量远小于小车和车上砝码的总质量一般来说，砝码盘和盘内砝码的总质量不超过小车和车上砝码总质量的10%.8称量物体的质量时，应遵守天平的操作规则六、误误差分析1摩擦力平衡不准确、质量测量不准确、计数点间距测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差2因实验原理不完善造成误差，本实验中用小盘和盘中砝码的总重力代替小车受到的拉力(实际上小车受到的拉力要小于小盘和盘中砝码的总重力)，存在系统误差例1 在“探究加速度与物体质量、物体受力的关系 ”的实验中，按实验要求安装好器材后，应按一定步骤进行实验，下
6、述操作步骤的安排顺序不尽合理，请将合理的顺 序填写在下面的横线上：_(填字母代号)A保持重物的质量不变，在小车里加砝码，测出加速度，重复几次 B保持小车质量不变，改变重物的质量，测出加速度，重复几次 C用天平测出小车和重物的质量解析：利用控制变变量法和逐差法分析纸带纸带 求加速度，最后处处理实验实验 数据，合理的操作顺顺序应为应为 DCEABF或DCEBAF.答案：见解析例2 (2011成都模拟拟)某实验实验 小组组利用如图实图实 32所示的实验实验 装置来探究当合外力一定时时，物体运动动的加速度与其质质量之间间的关系 ( )(1)由图图中刻度尺读读出两个光电门电门 中心之间间的距离x24 c
7、m，由图实图实 33中游标标卡尺测测得遮光条的宽宽度d_ cm.该实验该实验 小组组在做实验时实验时 ，将滑块块从图实图实 32所示位置由静止释释放，由数字计时计时 器可以读读出遮光条通过过光电门电门 1的时间时间 t1，遮光条通过过光电门电门 2的时间时间 t2，则则滑块经过块经过 光电门电门 1时时的瞬时时速度的表达式v1_，滑块经过块经过 光电电门门2时时的瞬时时速度的表达式v2_，则则滑块块的加速度的表达式a_.(以上表达式均用字母表示)(2)在本次实验实验 中，实验实验 小组组通过过改变变滑块质块质 量总总共做了6组实验组实验 ，得到如表所示的实验实验 数据通过过分析表中数据后，你得
8、出的结论结论 是_.m(g)a(m/s2)2502.023001.653501.334001.255001.008000.63(3)现需通过图象进一步验证你的结论，请利用表格数据，在图实34坐标系中描点作出相应图象(2)在合外力不变的情况下，在误差允许的范围内，物体运动的加速度跟物体的质量成反比(3)如图实35所示1关于“探究加速度与物体质量、物体受力的关系 ”的实实 验验，下列说说法中符合实际实际 的是 ( )A通过过同时时改变变小车车的质质量m及受到的拉力F的研究，能归纳归纳 出加速度、力、质质量三者之间间的关系B通过过保持小车质车质 量不变变，只改变变小车车的拉力的研究，就可以归纳归纳
9、出加速度、力、质质量三者之间间的关系C通过过保持小车车受力不变变，只改变变小车质车质 量的研究，就可以得出加速度、力、质质量三者之间间的关系D先不改变变小车质车质 量，研究加速度与力的关系；再不改变变受力，研究加速度与质质量的关系，最后归纳归纳出加速度、力、质质量三者之间间的关系解析：验证验证 牛顿顿运动动定律的实验实验 ，是利用控制变变量法，探究加速度a与合外力F、物体质质量m的关系，故D项项正确答案： D2（多选）(2011常州模拟拟)如图实图实 36所示，在探究牛顿顿运动动定律的演示实验实验 中，若1、2两个相同的小车车所受拉力分别为别为 F1、F2，车车中所放砝码码的质质量分别别为为m
10、1、m2，打开夹夹子后经过经过 相同的时间时间 两车车的位移分别别为为x1、x2，则则在实验误实验误 差允许许的范围围内，有 ( )A当m1m2、F12F2时时，x12x2B当m1m2、F12F2时时，x22x1C当m12m2、F1F2时时，x12x2D当m12m2、F1F2时时，x22x1答案：AD3如图实图实 37(甲)所示为实验为实验 中用打点计时计时 器打出的一条较较理想的纸带纸带 ，纸带纸带 上A、B、C、D、E、F、G为为七个相邻邻的计计数点，相邻计邻计 数点间间的时间间时间间 隔是0.1 s，距离如图图，单单位是cm，小车车的加速度是_ m/s2.在验证质验证质 量一定时时，加速
11、度a和合外力F的关系时时，某学生根据实验实验 数据作出了如图图(乙)所示的aF图图象，该该图线图线 不过过原点，其原因是_.答案：1.59 平衡摩擦力过过度4如图实图实 38为为“用DIS(位移传传感器、数据采集器、计计算机)研究加速度与力的关系”的实验实验 装置(1)在该实验中必须采用控制变量法，应保持_不变，用钩码所受的重力作为_，用DIS测小车的加速度(2)改变所挂钩码的数量，多次重复测量在某次实验中根据测得的多组数据可画出aF关系图线(如图实39所示)分析此图线的OA段可得出的实验结论是_.(单选题单选题 )此图线图线 的AB段明显显偏离直线线，造成此误误差的主要原因是 ( )A小车车
12、与轨轨道之间间存在摩擦B导轨导轨 保持了水平状态态C所挂钩码钩码 的总质总质 量太大D所用小车车的质质量太大答案：(1)小车的总质量(或：小车的质量)小车所受外力(或：外力、合外力)(2)在质量不变的条件下，加速度与合外力成正比C5在探究加速度与物体质量、物体受力的关系的实验中，采用如图实310所示的实验装置，小车及车中砝码的质量用M表示，盘及盘中砝码的质量用m表示，小车的加速度可由小车后拖动的纸带由打点计时器打上 的点计算出(1)当M与m的大小关系满足_时，才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘及盘中砝码的重力(2)一同学在做加速度与质量的关系实验时，保持盘及盘中砝码的质量一定，改变小车及车中砝
13、码的质量，测出相应的加速度，采用图象法处理数据为了比较容易地确定出加速度a与质量M的关系，应该作a与_的图象(3)如图实311(a)所示为甲同学根据测量数据作出的aF图线，说明实验存在的问题是_(4)乙、丙同学用同一装置做实验，画出了各自得到的aF图线如图实311(b)所示，两个同学做实验时的哪一个物理量取值不同？_.(4)乙、丙同学用同一装置做实验，画出了各自得到的aF图线，两图象的斜率不同，说明两个同学做实验时的小车及车上砝码的总质量不同答案：(1)Mm (2)1/M(3)没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够(4)小车及车上的砝码的总质量不同6(2010江苏苏高考)为为了探究受到空气阻力时时，物
14、体运动动速度随时间时间 的变变化规规律，某同学采用了“加速度与物体质质量、物体受力关系”的实验实验 装置(如图图实实312所示)实验时实验时 ，平衡小车车与木板之间间的摩擦力后，在小车车上安装一薄板，以增大空气对对小车车运动动的阻力(1)往砝码盘中加入一小砝码，在释放小车_(选填“之前”或“之后”)接通打点计时器的电源，在纸带上打出一系列的点(2)从纸带上选取若干计数点进行测量，得出各计数点的时间t与速度v的数据如下表：时间时间 t/s00.501.001.502.002.50速度v/(ms1)0.120.190.230.260.280.29请根据实验数据作出小车的vt图象(3)通过对实验结果的分析，该同学认为：随着运动速度的增加，小车所受的空气阻力将变大你是否同意他的观点？请根据vt图象简要阐述理由解析：本题主要考查基本仪器的使用和实验数据的处理，意在考查考生的探究能力和运用图象法处理数据的能力(1)打点计时器的使用是先接通电源，再松开纸带，所以应在释放小车之前接通打点计时器(2)根据t轴上的比例标度取每一大格为0.5 s；根据速度v的数据，v轴上的比例标度取每一大格为0.05 m/s；然后描点、光滑连线，得到一条斜率越来越小的曲线(3)因为斜率表示小车加速度的大小，斜率越来越小，说明小车的加速度越来越小，根据牛顿第二定律得出小车所受的
