第1页共9页编号:时间:2021年x月x日书山有路勤为径,学海无涯苦作舟页码:第1页共9页探究“加速度与质量、力的关系”的实验方法北京顺义杨镇第一中学范福瑛《探究加速度与质量、力的关系》实验是新课程实验考查的重点和热点,该实验可从设计实验方法、实验步骤、图象法处理实验数据、误差分析等角度设置问题,检验学生的综合实验能力,能很好地凸显新课程的教学要求。问题是探究的核心,下面就实验中几个重要问题进行精析,以求最优的实验方法。本实验研究小车(或滑块)的加速度a与其所受的合外力F、小车质量M关系,实验装置的主体结构如图所示。由于涉及到三个变量的关系,采用控制变量法,即:(1)控制小车的质量M不变,讨论a与F的关系。(2)再控制托盘和钩码的质量不变即F不变,改变小车的质量M,讨论a与M的关系。(3)综合起来,得出a与F、M之间的定量关系。实验涉及三个物理量的测量:即质量、加速度、和力,其中加速度和力的测量方法具有探究意义。一、如何测量小车的加速度1.纸带分析方法例如:“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”的实验装置如图甲所示。在平衡小车与木板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0.02s。从比较清晰的点起,每5个点取一个计数点,量出相邻计数点之间的距离。该小车的加速度a=______m/s2。(结果保留两位有效数字)第2页共9页第1页共9页编号:时间:2021年x月x日书山有路勤为径,学海无涯苦作舟页码:第2页共9页用公式,t=0.1s,(3.68-3.52)m,代入求得加速度=0.16m/s2,也可以用最后一段和第二段的位移差求解,加速度=0.15m/s2。2.对比分析法实验装置如下图所示,在两条高低不同的导轨上放置两量小车,车的一端连接细绳,细绳的另一端跨过定滑轮挂一个小桶;车的另一端通过细线连接到一个卡口上,它可以同时释放两辆小车。辆车从静止开始做匀加速直线运动,相等时间内通过对位移与它们的加速度成正比,因此实验中不必计算出加速度,可以采用比较位移的方法,比较加速度的大小。例如:某小组设计双车位移比较法来探究加速度与力的关系。通过改变砝码盘中的砝码来改变拉力大小。已知两车质量均为200g,实验数据如表中所示:实验次数小车拉力F/N位移s/cm拉力比F甲/F乙位移比s甲/s乙1甲0.122.30.500.51乙0.243.52甲0.229.00.670.67乙0.343.03甲0.341.00.750.74乙0.455.4分析表中数据可得到结论:在实验误差范围内当小车质量保持不变时,由于,说明。第3页共9页第2页共9页编号:时间:2021年x月x日书山有路勤为径,学海无涯苦作舟页码:第3页共9页3.光电门计时法实验装置如下图所示,研究气垫导轨上滑块的加速度,滑块上安装了宽度为L的挡光片,如图,滑块在牵引力作用下,先后通过两个光电门,配套的数字计时器记录了通过第一个光电门的时间t1,通过第二个光电门的时间t2,则小车通过第一个光电门的速度,小车通过第二个光电门的速度若测得两光电门间距为x,则滑块的加速度简化装置图4.DIS实验法第4页共9页第3页共9页编号:时间:2021年x月x日书山有路勤为径,学海无涯苦作舟页码:第4页共9页采用DIS手段做实验具有快捷、方便、精确、细微的优点。例如测量小车下滑的加速度,位移传感器(发射器)随小车一起沿倾斜轨道运动,位移传感器(接收器)固定在轨道一端,如下图所示。数据采集器将位移传感接受器接收到的数据传入计算机,计算机进行数据处理,可以直接得到小车运动的v-t图象,根据v-t图象可求出小车的加速度。比较以上四种方法,形式不同原理相似,都是利用运动学中公式或图象计算出来的加速度,只是实验中直接测量物理量不同。二、怎样测量小车所受的合外力F?1.平衡摩擦力小车所受的合外力等于小车受到的重力、支持力、摩擦力和绳子拉力的合力,若小车受到的重力、支持力、摩擦力的合力等于零,那么小车的合外力等于绳子的拉力。怎样实现小车运动时受到的重力、支持力、摩擦力的合力等于零呢?构建斜面情景,调节斜面的倾斜角度,使小车在重力、支持力、摩擦阻力的作用下做匀速运动,也就是重力的在斜面方向的分力与摩擦力平衡,即平衡摩擦力。用实验方法检查...