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1、实验方案实验方案以小车、一端带有定滑轮的长木板、细线、以小车、一端带有定滑轮的长木板、细线、砝码、刻度尺、天平、夹子为实验器材，砝码、刻度尺、天平、夹子为实验器材，研究小车的运动，利用两小车位移之比就研究小车的运动，利用两小车位移之比就等于加速度之比来研究加速度与力和质量等于加速度之比来研究加速度与力和质量的关系。的关系。1、控制、控制m相同，探讨相同，探讨加速度加速度a与与F的关系的关系实验方案原理：实验方案原理：如图所示如图所示x1x2F1F2F1, F2，在相同在相同的时间内的时间内:x1= a1t2x2 = a2t2a1/ a2=x1/x2测量出测量出x1 、x2 2、控制、控制F相同
2、，探讨相同，探讨加速度加速度a与与m的关系的关系实验结论：实验结论：1、m一定，一定，加速度加速度a与与F的定量关系：的定量关系：2、F一定，一定，加速度加速度a与与m的定量关系的定量关系:把上两式总结为：把上两式总结为： 或或 一、实验目的一、实验目的1学会用控制变量法研究物理规律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掌握灵活运用图象处理问题的方法二、实验原理二、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，只研究在发
3、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问题时经常采用的方法 本实验中，研究的参量为本实验中，研究的参量为F、m和和a，可以控制参量，可以控制参量m一一定，研究定，研究a与与F的关系，也可控制参量的关系，也可控制参量F一定，研究一定，研究a与与m的的关系关系三、实验器材三、实验器材 电磁打点计时器、复写纸片和纸带、一端有定滑轮的电磁打点计时器、复写纸片和纸带、一端有定滑轮的长长 木板、小车、小盘、低压交流电源、天平、砝码、刻木板、小车、小盘、低压交流电源、天平、砝码、刻
4、度度 尺、导线尺、导线四、实验操作四、实验操作1实验步骤实验步骤(1)用天平测出小车和小盘的质量用天平测出小车和小盘的质量M和和M，把数值记录下来，把数值记录下来(2)按照如图实按照如图实41所示装置把实验器材安装好，只是不把所示装置把实验器材安装好，只是不把 悬挂小盘的细线系在小车上悬挂小盘的细线系在小车上(即不给小车加牵引力即不给小车加牵引力)(3)平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一 块薄木块，反复移动薄木块的位置，直至小车在斜面上块薄木块，反复移动薄木块的位置，直至小车在斜面上 运动时可以保持匀速运动状态，这时小车拖着纸带运动
5、运动时可以保持匀速运动状态，这时小车拖着纸带运动 时受到的摩擦力恰好与小车所受重力在斜面方向上的分时受到的摩擦力恰好与小车所受重力在斜面方向上的分 力平衡力平衡(4)把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂小盘，先接通电源再把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂小盘，先接通电源再 放开小车打点计时器在纸带上打下一系列的点，打点放开小车打点计时器在纸带上打下一系列的点，打点 完成后切断电源，取下纸带，在打点纸带上标上纸带号码完成后切断电源，取下纸带，在打点纸带上标上纸带号码(5)保持小车及车内砝码的质量不变，在小盘内放入质量为保持小车及车内砝码的质量不变，在小盘内放入质量为 m的砝码，重复步骤的砝码，重复步骤4.
6、在小盘内分别放入质量为在小盘内分别放入质量为m， m，的砝码，再重复步骤的砝码，再重复步骤4.m，m，m的数值的数值 都要记录在纸带上都要记录在纸带上(或表格内或表格内)(6)在每条纸带上都选取一段比较理想的部分，标明计数在每条纸带上都选取一段比较理想的部分，标明计数 点，测量计数点间的距离，算出每条纸带上的加速度点，测量计数点间的距离，算出每条纸带上的加速度 的值的值(7)用纵坐标表示加速度，横坐标表示力，根据实验结果在用纵坐标表示加速度，横坐标表示力，根据实验结果在 坐标平面上画出相应的点若这些点在一条直线上，便坐标平面上画出相应的点若这些点在一条直线上，便 证明了加速度与作用力成正比证明
7、了加速度与作用力成正比(8)保持砝码和小盘的质量不变，在小车上依次加砝码保持砝码和小盘的质量不变，在小车上依次加砝码(也需也需 作好记录作好记录)，重复上述步骤，用纵坐标表示加速度，重复上述步骤，用纵坐标表示加速度a，横坐，横坐 标表示小车与砝码的总质量的倒数，在坐标平面上根据实标表示小车与砝码的总质量的倒数，在坐标平面上根据实 验结果画出相应的点，如果这些点在一条直线上，就证明验结果画出相应的点，如果这些点在一条直线上，就证明 加速度与质量成反比加速度与质量成反比2数据处理数据处理(1)把小车在不同力作用下产生的加速度填在下表中：把小车在不同力作用下产生的加速度填在下表中：实验次数次数加速度
8、加速度a/(ms2)小小车受力受力F/N1234由以上数据画出它的由以上数据画出它的aF关系图象如图实关系图象如图实42所示所示通过通过aF关系图象，我们可以得出小车的加速度关系图象，我们可以得出小车的加速度a与力与力F成正比成正比图实图实42(2)把不同质量把不同质量(小车与车内砝码的总质量小车与车内砝码的总质量)的小车在相同力作的小车在相同力作 用下产生的加速度填在下表中：用下产生的加速度填在下表中：实验次数次数加速度加速度a/(ms2)小小车的的总质量量m/kg1234由以上数据画出它的由以上数据画出它的am图象及图象及a 图象，如图图象，如图实实43甲、乙所示甲、乙所示图实图实43通过
9、通过am和和a 关系图象，我们可以得出小车的加速关系图象，我们可以得出小车的加速度度a与质量与质量m成反比，与质量的倒数成反比，与质量的倒数 成正比成正比五、注意事项五、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
10、带，看上面各点间的距离是否相等以打一条纸带，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平衡摩擦力之后斜面平行，且连接小车和砝码盘应在平衡摩擦力之后5为使所作的为使所
11、作的aF图象和图象和a 图象趋于精确，每个图图象趋于精确，每个图 都要求至少取都要求至少取5条以上的纸带取一条纸带时，要同时条以上的纸带取一条纸带时，要同时 在纸带上记录相应的小车受的拉力和小车质量的数据，在纸带上记录相应的小车受的拉力和小车质量的数据， 并编号填表并编号填表6描点作图时，应使尽可能多的点落在直线上，其余的点描点作图时，应使尽可能多的点落在直线上，其余的点 均匀分布在直线的两侧，舍去个别误差较大的点均匀分布在直线的两侧，舍去个别误差较大的点7改变小车的质量或拉力的大小时，改变量应尽可能大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
12、小车一些，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称量物体的质量时，应遵守天平的操作规则六、误差分析六、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因实验原理不完善造成误差，本实验
13、中用小盘和盘中砝 码的总重力代替小车受到的拉力码的总重力代替小车受到的拉力(实际上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要小于小盘和盘中砝码的总重力)，存在系统误差，存在系统误差 在在“探究加速度与力、质量的关系探究加速度与力、质量的关系”的实验中，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，下按实验要求安装好器材后，应按一定步骤进行实验，下述操作步骤的安排顺序不尽合理，请将合理的顺序填写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：在下面的横线上：_(填字母代号填字母代号)A保持重物的质量不变，在小车里加砝码，测出加速保持重物的质量不变
14、，在小车里加砝码，测出加速 度，重复几次度，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，保持小车质量不变，改变重物的质量，测出加速度， 重复几次重复几次C用天平测出小车和重物的质量用天平测出小车和重物的质量D平衡摩擦力，使小车近似做匀速直线运动平衡摩擦力，使小车近似做匀速直线运动E挂上重物，放进砝码，接通打点计时器的电源，放开挂上重物，放进砝码，接通打点计时器的电源，放开 小车，在纸带上打下一系列的点小车，在纸带上打下一系列的点F根据测量的数据，分别画出根据测量的数据，分别画出aF和和a 图线图线解析解析利用控制变量法和逐差法分析纸带求加速度，最利用控制变量法和逐差法分析纸带求加速
15、度，最后处理实验数据，合理的操作顺序应为后处理实验数据，合理的操作顺序应为DCEABF或或DCEBAF.答案答案见解析见解析 (2009(2009江苏高考江苏高考) )“探究加速度与物体探究加速度与物体质量、物体量、物体受力的关系受力的关系”的的实验装置如装置如图实4 44 4甲所示甲所示图实44(1)在平衡小车与桌面之间摩擦力的过程中，打出了一条纸在平衡小车与桌面之间摩擦力的过程中，打出了一条纸带如图乙所示计时器打点的时间间隔为带如图乙所示计时器打点的时间间隔为0.02 s从比较清从比较清晰的点起，每晰的点起，每5个点取一个计数点，量出相邻计数点之间的个点取一个计数点，量出相邻计数点之间的距
16、离该小车的加速度距离该小车的加速度a_m/s2.(结果保留两位有效结果保留两位有效数字数字)(2)平衡摩擦力后，将平衡摩擦力后，将5个相同的砝码都放在小车上挂上砝个相同的砝码都放在小车上挂上砝码盘，然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中，测量码盘，然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中，测量小车的加速度小车的加速度小车的加速度小车的加速度a与砝码盘中砝码总重力与砝码盘中砝码总重力F的实的实验数据如下表：验数据如下表：砝砝码盘中砝中砝码总重力重力F(N)0.1960.3920.5880.7840.980加速度加速度a(ms2)0.691.181.662.182.70请根据根据实验数据作出数据
17、作出aF的关系的关系图象象图实45(3)根据提供的实验数据作出的根据提供的实验数据作出的aF图线不通过原点图线不通过原点请说明主要原因请说明主要原因解析解析(1)a m/s20.16 m/s2或或a m/s20.15 m/s2.(2)如图实如图实46所示所示图实图实46(3)小车、砝码盘和砝码组成的系统所受合外力为砝码盘和小车、砝码盘和砝码组成的系统所受合外力为砝码盘和砝码的总重力，而表中数据漏计了砝码盘的重力，导致合砝码的总重力，而表中数据漏计了砝码盘的重力，导致合力力F的测量值小于真实值，的测量值小于真实值，aF图线不过原点图线不过原点答案答案(1)0.16(0.15也算对也算对)(2)见解析见解析(3)未计入砝码盘的重力未计入砝码盘的重力
