高中物理 4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系学案 新人教版必修1VIP免费

实验：探究加速度与力、质量的关系[目标定位]1.“”学会用控制变量法探究加速度与力、质量的定量关系.2.会用图象表示加速度与质量、加速度与力之间的关系．1．实验器材：小车、砝码、小桶、砂、细线、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、交流电源、纸带、刻度尺、天平．2．实验原理：实——验的基本思想控制变量法(1)保持研究对象即小车的质量不变，改变小桶内砂的质量，即改变作用力，测出小车的对应加速度，验证加速度是否与作用力成正比．(2)保持小桶中砂的质量不变，即保持作用力不变，改变研究对象的质量，测出对应不同质量的加速度，验证加速度是否与质量成反比．想一想：实验中小车的加速度怎样得到？答案通过打点计时器打出纸带，利用逐差法计算出小车的加速度.一、实验方案的设计1．——三个物理量的测量方法体会近似法“”“”本实验的研究对象：放在光滑水平面上的小车(装置如图421所示)．图421(1)小车质量的测量：利用天平测出，在小车上增减砝码可改变小车的质量．(2)拉力的测量：当小桶和砂的质量远小于小车质量的情况下，可以认为小桶和砂的重力近似等于小车所受的拉力(合外力)，即F≈mg.图422(3)加速度的测量：由纸带根据公式Δx＝aT2，结合逐差法计算出小车的加速度．2．——“”实验数据的处理方法图象法、化曲为直法(1)研究加速度a和力F的关系以加速度a为纵坐标，以力F为横坐标，根据测量数据描点，然后作出图象，如图422所示，若图象是一条通过原点的直线，就能说明a与F成正比．(2)研究加速度a与质量m的关系如图423所示，因为am图象是曲线，检查am图象是不是双曲线，就能判断它们之间是不是反比例关系，但检查这条曲线是不是双曲线，相当困难．若a和m成反比，则a与必成正比．“”我们采取化曲为直的方法，以a为纵坐标，以为横坐标，作出a图象，若a图象是一条直线，说明a与成正比，即a与m成反比．图423二、实验步骤1．用天平测出小车的质量M，并把数值记录下来．2．按图424所示的装置把实验器材安装好(小车上先不系绳)．图4243．平衡摩擦力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫一木块，反复移动木块位置，直到轻推小车在斜面上运动时可保持匀速直线运动为止(纸带上相邻点间距相等)．4．在小桶里放入适量的砂，通过细绳系在小车上，在小车上加放适量的砝码，用天平测出小桶和砂的质量m，记录下来．接通电源，放开小车，待打点计时器在纸带上打好点后取下纸带，并设计表格如下．5.保持小车的质量不变，改变砂和小桶的质量，按步骤4再做5次实验．6．在每条纸带上选取一段比较理想的部分，算出每条纸带对应的加速度的值，填入表格中．7．用纵坐标表示加速度，横坐标表示作用力，根据实验结果画出小车运动的aF图象，从而得出aF的关系．8．保持砂和小桶的质量不变，在小车上加放砝码，重复上面的实验，求出相应的加速度，并设计表格如下．根据实验结果画出小车运动的a图象，从而得出aM的关系．9.整理实验器材，结束实验．三、误差分析1．托盘和砝码的总重力约等于小车所受的合外力，但会带来一定的误差．小车的质量与砂桶和砂的总质量相差越大，这种误差越小．2．为减小长度测量时的偶然误差，可进行多次测量取平均值．3．没有平衡摩擦力或摩擦力平衡不好，实验中作出的aF或a图象不过原点．四、注意事项1．实验中小车靠近打点计时器且应先接通电源后释放小车．2．在平衡摩擦力时，不要悬挂小桶，但小车应连着纸带且接通电源．用手轻轻地给小车一个初速度，如果在纸带上打出的点的间隔均匀，表明小车受到的阻力跟它受到的重力沿斜面向下的分力平衡．3．改变砂的质量过程中，要始终保证砂桶(包括砂)的质量远小于小车的质量．4．作图时应使所作的直线通过尽可能多的点，不在直线上的点也要尽可能的对称分布在直线的两侧，但若遇到个别偏离较远的点可舍去．例1用如图425所示的装置研究在作用力F一定时，小车的加速度a与小车质量M的关系，某位同学设计的实验步骤如下：图425A．用天平称出小车和小桶及内部所装砂子的质量；B．按图装好实验器材；C．把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂砂桶；D．将电磁打点计时器接在6V电压的蓄电池上，接通电源，放开小车，打点计时器在...