實驗(3):探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系一、實驗原理圖二、基本實驗要求1.實驗?zāi)康?1)通過實驗探究物體的加速度與它所受的合力、質(zhì)量的定量關(guān)系。(2)學會用控制變量法研究物理規(guī)律。(3)學會靈活運用圖象法處理物理問題的方法(化曲為直)。2.實驗原理在探究加速度a與合力F及質(zhì)量m的定量關(guān)系時,用到的基本方法是控制變量法,即:(1)保持m一定時,改變物體受力F測出加速度a,用圖象法研究a與F的關(guān)系;(2)保持F一定時,改變物體質(zhì)量m測出加速度a,用圖象法研究a與m的關(guān)系。3.實驗器材小車、砝碼、小盤、細繩、夾子、一端附有定滑輪的長木板、墊木、打點計時器、低壓交流電源、復寫紙、導線兩根、紙帶、天平、刻度尺等。4.實驗步驟(1)用天平測出小車和盛有砝碼的小盤的質(zhì)量m和m,把數(shù)據(jù)記錄在表格中。(2)按實驗裝置圖把實驗器材安裝好,使長木板有滑輪的一端伸出桌面。(3)在長木板不帶定滑輪的一端下面墊上墊木,通過前后移動,來平衡小車的摩擦力。(4)把細線系在小車上并跨過定滑輪,此時要調(diào)節(jié)定滑輪的高度使細線與木板平行。(5)將小車放于靠近打點計時器處,在小盤里放入適量的砝碼,接通電源,放開小車得到一打好點的紙帶(注意不要讓小車撞到定滑輪)。(6)保持小車的質(zhì)量不變,改變砝碼的質(zhì)量,按上面步驟再做多次實驗。(7)算出每條紙帶加速度的值并記錄在表格中。(8)保持小盤內(nèi)砝碼質(zhì)量不變,在小車上放鉤碼改變小車的質(zhì)量,重復上面的實驗。把各次實驗中的數(shù)據(jù)填入表內(nèi)。(9)用縱坐標表示加速度a、橫坐標表示合外力F,即砝碼和小盤的總重力mg,根據(jù)實驗數(shù)據(jù)在坐標紙上描出相應(yīng)的點,作出a-F圖線。(10)用縱坐標表示加速度a、橫坐標表示小車質(zhì)量的倒數(shù),在坐標系中根據(jù)實驗數(shù)據(jù)描出相應(yīng)的點并作圖線。5.數(shù)據(jù)處理(1)求加速度:在每條紙帶上都選取一段比較理想的部分,按照“研究勻變速直線運動”實驗中求加速度的方法,計算出各條紙帶對應(yīng)的加速度的值。(2)以a為縱坐標、F為橫坐標,根據(jù)各組數(shù)據(jù)描點、連線,如果這些點在一條過原點的直線上,說明a與F成正比。如圖甲所示。 (3)以a為縱坐標、 為橫坐標,根據(jù)各組數(shù)據(jù)描點、連線,如果這些點在一條過原點的直線上,說明a與m成反比。如圖乙所示。6.注意事項(1)平衡摩擦力時不要掛小桶,應(yīng)連著紙帶,且接通電源,判斷小車是否做勻速直線運動可以直接觀察,也可以用打點計時器打出的紙帶判定(各點間距離相等)。整個實驗平衡了摩擦力后,不管以后是改變小盤和砝碼的質(zhì)量,還是改變小車及鉤碼的質(zhì)量,都不需要重新平衡摩擦力。(2)整個實驗過程要確保砝碼和小桶的總質(zhì)量遠小于小車和砝碼的總質(zhì)量。7.誤差分析(1)因?qū)嶒炘聿煌晟埔鹫`差:本實驗用小盤和砝碼的總重力mg代替小車受到的拉力,而實際上小車所受的拉力要小于小盤和砝碼的總重力。(2)摩擦力平衡不準確、質(zhì)量測量不準確、計數(shù)點間距測量不準確、紙帶和細繩不嚴格與木板平行都會引起誤差?？键c1考點2考點1實驗原理和操作典例典例5(1)我們已經(jīng)知道,物體的加速度a同時跟合外力F和質(zhì)量m兩個因素有關(guān),要研究這三個物理量之間的定量關(guān)系的思想方法是。 (2)某同學的實驗方案如圖所示,她想用砂桶的重力表示小車受到的合外力F,為了減小這種做法帶來的實驗誤差,她先做了兩方面的調(diào)整措施:考點1考點2a.用小木塊將長木板無滑輪的一端墊高,目的是。 b.使砂桶的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量,目的是使拉小車的力近似等于。 (3)該同學利用實驗中打出的紙帶求加速度時,處理方案有兩種:兩種方案中,你認為選擇方案比較合理。 考點1考點2解析: (1)要研究三個物理量之間的定量關(guān)系的思想方法是控制變量法。(2)用小木塊將長木板無滑輪的一端墊高,目的是平衡摩擦力。想用砂桶的重力表示小車受到的合外力F,為了減小這種做法帶來的實驗誤差,應(yīng)使砂桶的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量,目的是使拉小車的力近似等于砂桶的重力。(3)利用實驗中打出的紙帶求加速度時,需要根據(jù) 利用逐差法計算,方案B比較合理。答案: (1)控制變量法(2)平衡摩擦力砂桶的重力(3)B考點1考點2考點2數(shù)據(jù)處理與誤差分析典例典例6(1)用電火花計時器記錄紙帶運動的時間,電火花計時器所用電源的頻率為50 Hz,如圖為小車帶動的紙帶上記錄的一些點,在每相鄰兩點間都有四個點未畫出,從紙帶上測出x1=3.20 cm,x2=4.74 cm,x3=6.40 cm,x4=8.02 cm,x5=9.64 cm,x6=11.28 cm,x7=12.84 cm。該小車的加速度a=。(結(jié)果保留三位有效數(shù)字) 考點1考點2(2)在保持小車及車中的砝碼質(zhì)量m1一定,探究加速度與所受合外力的關(guān)系時,由于平衡摩擦力時操作不當,兩位同學得到的a-F關(guān)系分別如圖中的甲、乙所示(a是小車的加速度,F是細線作用于小車的拉力)。其原因分別是:甲圖:;乙圖:。 考點1考點2解析: (1)給的紙帶有7段,去掉開始的一段,取后6段,由逐差法求得小車加速度 。(2)甲圖:F=0,a0,說明平衡摩擦力時,長木板的傾角過大了,乙圖:沒有平衡摩擦力或木板的傾角過小。答案: (1)1.62 m/s2(2)平衡摩擦力時,長木板的傾角過大了;沒有平衡摩擦力或木板的傾角過小了考點1考點2典例典例7如圖甲所示,某同學將力傳感器固定在小車上,然后把繩的一端固定在傳感器拉鉤上,用來測量繩對小車的拉力,探究在小車及傳感器總質(zhì)量不變時加速度跟它們所受拉力的關(guān)系,根據(jù)所測數(shù)據(jù)在坐標系中作出了如圖乙所示的a-F圖象。甲 乙(1)本實驗中是否仍需要砂和桶的總質(zhì)量遠小于小車和傳感器的總質(zhì)量。(選填“是”或“否”)。 (2)由圖象求出小車和傳感器的總質(zhì)量為kg。 考點1考點2解析: (1)因傳感器可直接測出小車和傳感器受到的拉力,因此不需要保證砂和桶的質(zhì)量遠小于小車和傳感器的總質(zhì)量。(2)a-F圖象斜率為 ,由圖知圖象斜率k=1,則小車和傳感器的總質(zhì)量為1 kg。答案: (1)否(2)1