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1、1学会用控制学会用控制变量法研究物理量法研究物理规律律2验证牛牛顿第二定律第二定律3掌握利用掌握利用图象象处理数据的方法理数据的方法 实验实验 验证牛顿运动定律验证牛顿运动定律 探究加速度探究加速度a与力与力F及及质量量m的关系的关系时，应用的基本方法用的基本方法是控制是控制变量法，即先控制一个参量量法，即先控制一个参量小小车的的质量量m不不变，讨论加速度加速度a与力与力F的关系，再控制小的关系，再控制小盘和砝和砝码的的质量不量不变，即力即力F不不变，改，改变小小车质量量m，讨论加速度加速度a与与m的关系的关系打点计时器、纸带、复写纸、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘、夹子、打点计时器、纸带
2、、复写纸、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平、刻度尺、砝码细绳、低压交流电源、导线、天平、刻度尺、砝码一、测质量一、测质量1用用天天平平测出出小小车和和砝砝码的的总质量量M，小小盘和和砝砝码的的总质量量m，把，把测量量结果果记录下来下来二、仪器安装及平衡摩擦力二、仪器安装及平衡摩擦力图图3412按按图341把把实验器器材材安安装装好好，只只是是不不把把悬挂挂小小盘的的细绳系在系在车上，即不上，即不给小小车 加加牵引力引力3平衡摩擦力：在平衡摩擦力：在长木板不木板不带定滑定滑轮的一端下面的一端下面垫一一块木板木板反复移反复移动木板的木板的 位置，直至小位置，
3、直至小车在斜面上运在斜面上运动时可以保持匀速直可以保持匀速直线运运动状状态这时，小，小车拖拖 着着纸带运运动时受到的摩擦阻力恰好与小受到的摩擦阻力恰好与小车所受的重力在斜面所受的重力在斜面方向上的分力平衡方向上的分力平衡三、保持小车的质量不变三、保持小车的质量不变 4把把细绳系系在在小小车上上并并绕过滑滑轮悬挂挂小小盘，先先接接通通电源源再再放放开小开小车，打点，打点计时器器 在在纸带上上打打下下一一系系列列的的点点，打打完完点点后后切切断断电源源，取取下下纸带，在在纸带上上标上上纸 带号号码5保保持持小小车和和砝砝码的的质量量不不变，在在小小盘里里放放入入适适量量的的砝砝码，把小把小盘和砝和
4、砝码的的总质 量量m记录下下来来，重重复复步步骤4.在在小小桶桶内内再再放放入入适适量量砝砝码，记录下小下小盘和砝和砝码的的总 质量量m，再重复步，再重复步骤4.6重复步重复步骤5三次，得到三条三次，得到三条纸带7在在每每条条纸带上上都都选取取一一段段比比较理理想想的的部部分分，标明明计数数点点，测量量计数点数点间的距的距 离，算出每条离，算出每条纸带上的加速度的上的加速度的值8用用纵坐坐标表表示示加加速速度度a，横横坐坐标表表示示作作用用力力F，作作用用力力的的大大小小F等于小等于小盘和砝和砝码的的 总重重力力，根根据据实验结果果在在坐坐标平平面面上上画画出出相相应的的点点，如如果果这些点是
5、在一条些点是在一条过原原 点的直点的直线上，便上，便证明了加速度与作用力成正比明了加速度与作用力成正比四、保持小盘和砝码的质量不变四、保持小盘和砝码的质量不变9保保持持小小盘和和砝砝码的的质量量不不变，在在小小车上上加加砝砝码，重重复复上面的上面的实验，用，用纵坐坐 标表表示示加加速速度度a，横横坐坐标表表示示小小车和和砝砝码总质量量的的倒倒数数，根据根据实验结果在果在 坐坐标平平面面上上画画出出相相应的的点点如如果果这些些点点是是在在一一条条过原原点的直点的直线上，就上，就证明明 了加速度与了加速度与质量成反比量成反比1一一定定要要做做好好平平衡衡摩摩擦擦力力的的工工作作，也也就就是是调出出
6、一一个个合合适适的的斜斜面面，使小使小车的重力的重力 沿沿着着斜斜面面方方向向的的分分力力正正好好平平衡衡小小车受受的的摩摩擦擦阻阻力力在在平平衡衡摩摩擦力擦力时，不要把，不要把 悬挂挂小小盘的的细线系系在在小小车上上，即即不不要要给小小车加加任任何何牵引引力力，并要并要让小小车拖着拖着 打点的打点的纸带运运动2实验步步骤2、3不不需需要要重重复复，即即整整个个实验平平衡衡了了摩摩擦擦力力后后，不不管以后是改管以后是改变小小 盘和和砝砝码的的总质量量还是是改改变小小车和和砝砝码的的总质量量，都都不不需需要重新平衡摩擦力要重新平衡摩擦力3每每条条纸带必必须在在满足足小小车与与车上上所所加加砝砝码
7、的的总质量量远大大于小于小盘和砝和砝码的的总 质量量的的条条件件下下打打出出只只有有如如此此，小小盘和和砝砝码的的总重重力力才才可可视为小小车受到的受到的 拉力拉力4改改变拉拉力力和和小小车质量量后后，每每次次开开始始时小小车应尽尽量量靠靠近近打打点点计时器，并器，并应先先 接接通通电源源，再再放放开开小小车，且且应在在小小车到到达达滑滑轮前前按按住住小小车1质量的测量误差，纸带上打点计时器打质量的测量误差，纸带上打点计时器打点间隔距离的测量误差，拉线或纸带不与点间隔距离的测量误差，拉线或纸带不与木板平行等都会造成误差木板平行等都会造成误差2因因实验原理不完善造成原理不完善造成误差：差： 本本
8、实验中中用用小小盘和和砝砝码的的总重重力力代代替替小小车受受到到的的拉拉力力(实际上小上小车受到的拉力要受到的拉力要 小小于于小小盘和和砝砝码的的总重重力力)，存存在在系系统误差差小小盘和和砝砝码的的总质量越接近小量越接近小车的的 质量量，误差差就就越越大大；反反之之，小小盘和和砝砝码的的总质量量越越小小于于小小车的的质量，量，误差就越小差就越小3平衡摩擦力不准造成平衡摩擦力不准造成误差：差： 在在平平衡衡摩摩擦擦力力时，除除了了不不挂挂小小盘外外，其其他他的的都都跟跟正正式式实验一一样(比如要挂好比如要挂好纸带、 接接通通打打点点计时器器)，匀匀速速运运动的的标志志是是打打点点计时器器打打出
9、出的的纸带上各点的距离相等上各点的距离相等【例【例1】 图图342 在在探探究究加加速速度度与与力力、质量量的的关关系系实验中中，采采用用如如图342所示的所示的实验装装 置置，小小车及及车中中砝砝码的的质量量用用M表表示示，盘及及盘中中砝砝码的的质量用量用m表示，小表示，小车 的的加加速速度度可可由由小小车后后拖拖动的的纸带由由打打点点计时器器打打上上的的点点计算出算出 (1)当当M与与m的的大大小小关关系系满足足_时，才才可可以以认为绳对小小车的拉力大小等的拉力大小等于于盘及及盘中砝中砝码的重力的重力 (2)一一组同同学学在在做做加加速速度度与与质量量的的关关系系实验时，保保持持盘及及盘中
10、中砝砝码的的质量一定，量一定，改改变小小车及及车中中砝砝码的的质量量，测出出相相应的的加加速速度度，采采用用图象象法法处理数据理数据为了比了比较容容易易地地确确定定出出加加速速度度a与与质量量M的的关关系系，应该作作a与与_的的图象象图343(3)如如图343(a)为甲同学根据甲同学根据测量数据作出的量数据作出的aF图线，说明明实验存在的存在的问题是是_(4)乙、丙同学用同一装置做乙、丙同学用同一装置做实验，画出了各自得到的，画出了各自得到的aF图线如如图343(b)所所示，两个同学做示，两个同学做实验时的哪一个物理量取的哪一个物理量取值不同？不同？_.解解析析：(1)当当Mm时时，才才可可以
11、以认认为为绳绳对对小小车车的的拉拉力力大大小小等等于于盘及盘中砝码的重力盘及盘中砝码的重力(2)因因由由实实验验画画的的aM图图象象是是一一条条曲曲线线，难难以以判判定定它它所所对对应应的函数式，从而难以的函数式，从而难以确确定定a与与M的的定定量量关关系系，所所以以在在实实验验中中应应作作a 图图象象而而不不是是aM图象来分析实验图象来分析实验结果结果(3)图图(a)甲甲同同学学根根据据测测量量数数据据作作出出的的aF图图线线没没有有过过原原点点，图象交于图象交于F轴上一点，轴上一点，说明没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够说明没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够 (4)乙乙、丙丙同同学学用用同同一一装
12、装置置做做实实验验，画画出出了了各各自自得得到到的的aF图线，两图象的斜图线，两图象的斜 率不率不同同，说说明明两两个个同同学学做做实实验验时时的的小小车车及及车车上上砝砝码码的的总总质质量量不不同同答答案案：(1)Mm(2)1/M(3)没没有有平平衡衡摩摩擦擦力力或或平平衡衡摩摩擦擦力力不不够(4)小小车及及车上的砝上的砝码的的总质量不同量不同【例【例2】 若若测得某一物体质量测得某一物体质量M一定时，一定时，a与与F的有关数据资料如下表所示的有关数据资料如下表所示a/(ms2)1.98 4.06 5.95 8.12F/N1.00 2.00 3.00 4.00图图344(1)根据表中数据，在
13、图根据表中数据，在图344坐标中画出坐标中画出aF图象图象(2)根据图象判定：当根据图象判定：当M一定时，一定时，a与与F的关系为的关系为_ 解解析析：本本题题主主要要考考查查“验验证证牛牛顿顿运运动动定定律律”实实验验的的数数据据处处理理方方法法及及结结果果分分析析若若a与与F成成正正比比，则则图图象象是是一一条条过过原原点点的的直直线线同同时时，因因实实验验中中不不可可避避免免地地出出现现误误差差，则则在在误误差差允允许许范范围围内内图图象象是是一一条条过过原原点点的的直直线线即即可可连连线线时时应应使使直直线线过过尽尽可可能能多多的的点点，不不在在直直线线上上的的点点应应大大致致对对称称
14、分分布布在在直直线线两两侧侧，离直线较远的点应视为错误数据，不予以考虑，如图所示离直线较远的点应视为错误数据，不予以考虑，如图所示 答案：答案：(1)见解析解析(2)正比关系正比关系图345【例例3】 如如图图345所所示示的的实验装装置置可可以以验证牛牛顿运运动定定律，小律，小车上固定一个盒上固定一个盒 子子，盒盒子子内内盛盛有有沙沙子子沙沙桶桶的的总质量量(包包括括桶桶以以及及桶桶内内沙沙子子质量量)记为m， 小小车的的总质量量(包包括括车、盒盒子子及及盒内沙子盒内沙子质量量)记为M. (1)验证在在质量不量不变的情况下，加速度与合外力成正比：从的情况下，加速度与合外力成正比：从盒子中取出
15、一些沙子，装入沙桶中，称量并盒子中取出一些沙子，装入沙桶中，称量并记录沙桶的沙桶的总重重力力mg，将，将该力力视为合外力合外力F，对应的加速度的加速度a则从打下的从打下的纸带中中计算得出多次改算得出多次改变合外力合外力F的大小，每次都会得到一个相的大小，每次都会得到一个相应的加速度本次的加速度本次实验中，桶内的沙子取自小中，桶内的沙子取自小车中，故系中，故系统的的总质量不量不变以合外力以合外力F为横横轴，以加速度，以加速度a为纵轴，画出，画出aF图象，象，图象是一条象是一条过原点的直原点的直线 aF图象斜率的物理意象斜率的物理意义是是_ 你你认为把沙桶的把沙桶的总重力重力mg当作合外力当作合外
16、力F是否合理？是否合理？ 答：答：_.(填填“合理合理”或或“不合理不合理”) 本次本次实验中，是否中，是否应该满足足Mm这样的条件？的条件？ 答：答：_(填填“是是”或或“否否”)； 理由是理由是_ (2)验证在在合合外外力力不不变的的情情况况下下，加加速速度度与与质量量成成反反比比：保保持持桶桶内内沙沙子子质量量m不不变，在在盒盒子子内内添添加加或或去去掉掉一一些些沙沙子子，验证加加速速度度与与质量量的的关关系系本本次次实验中中，桶桶内内的的沙沙子子总质量不量不变，故系，故系统所受的合外力不所受的合外力不变 用用图象象法法处理理数数据据时，以以加加速速度度a为纵轴，应该以以_倒数倒数为横横
17、轴 解解析析：(1)将将车车内内的的沙沙子子转转移移到到桶桶中中，就就保保证证了了Mm不不变变，即即系统的总质量不变，系统的总质量不变，研研究究对对象象是是整整个个系系统统，a ，可可见见aF图图象象斜斜率的物理意义是率的物理意义是 ，系系统统的的合合外外力力就就等等于于所所悬悬挂挂沙沙桶桶的的重重力力mg，不不必必满满足足Mm这这样样的条件的条件 (2)向向小小车车内内添添加加或或去去掉掉部部分分沙沙子子，是是改改变变系系统统的的总总质质量量Mm，而系统的合外力仍，而系统的合外力仍等于所悬挂沙桶的重力等于所悬挂沙桶的重力mg，保证了合外力不变，保证了合外力不变 答答案案：(1) 合合理理否否因因为实验的的研研究究对象象是是整整个系个系统，系，系统受到的受到的合外力就等于合外力就等于mg(2)Mm
