實驗學(xué)案14探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系

1、實驗 學(xué)案14探究加速度與物體質(zhì)量及受力的關(guān)系基礎(chǔ)自主落實實驗原理探究加速度a與力F、質(zhì)量M的關(guān)系時，應(yīng)用的基本方法是 ，即先控制一個參量一一小車的質(zhì)量 M不變，討論加速度 a與力F的關(guān)系；再控制小盤和砝碼的質(zhì)量 不變，即力F不變，改變小車質(zhì)量 M，討論加速度a與質(zhì)量M的關(guān)系.【實驗器材打點計時器、復(fù)寫紙片和紙帶、一端有定滑輪的長木板、小車、小盤、電源、砝碼、導(dǎo)線.實驗步驟1 用天平測出小車和砝碼的總質(zhì)量 來.M，小盤和砝碼的總質(zhì)量m,把測量結(jié)果記錄下一、測質(zhì)量二、儀器安裝及平衡摩擦力2 按圖把實驗器材安裝好，只是不把懸掛小盤的細(xì)繩系在 車上，即不給小車加牽引力.3 .平衡摩擦力：在長木板不帶

2、定滑輪的一端下面墊一塊木 板反復(fù)移動木板的位置，直至小車拖著紙帶在斜面上運(yùn)動時可以保持 運(yùn)動狀態(tài)這時，小車受到的摩擦阻力恰好與小車所受的重力的分力平衡.三、保持小車的質(zhì)量不變，研究a與F的關(guān)系4.把細(xì)繩系在小車上并繞過定滑輪懸掛小盤，先再,打計時器在紙帶上打下一系列的點，打完點后切斷電源，取下紙帶，在紙帶上標(biāo)上紙帶號碼.5 .保持小車和砝碼的質(zhì)量不變， 在小盤里放入適量的砝碼， 把小盤和砝碼的總質(zhì)量 m' 記錄下來，重復(fù)步驟4.在小盤內(nèi)再放入適量砝碼， 記錄下小盤和砝碼的總質(zhì)量 m”，再重 復(fù)步驟4,重復(fù)三次，得到三條紙帶.6 在每條紙帶上都選取一段比較理想的部分，標(biāo)明計數(shù)點，測量計數(shù)

3、點間的距離，算出每條紙帶上的加速度的值，并記錄在表格（一）內(nèi).表（一）實驗次數(shù)加速度a/（m s 2）小車受力F/N1234四、保持小盤和砝碼的質(zhì)量不變，研究a與M的關(guān)系7.保持小盤內(nèi)的砝碼個數(shù)不變，在小車上放上砝碼改變小車的質(zhì)量，讓小車在木板上滑動打出紙帶.計算砝碼和小車的總質(zhì)量M,并由紙帶計算出小車對應(yīng)的加速度.改變小車上砝碼的個數(shù)，重復(fù)步驟7,并將所對應(yīng)的質(zhì)量和加速度填入表（二）中.實驗次數(shù)加速度a/(m s_2)小車和砝碼的總質(zhì)量M/kg123【數(shù)據(jù)處理1. 需要計算各種情況下所對應(yīng)的小車加速度，可使用“研究勻變速直線運(yùn)動”的方法：先在紙帶上標(biāo)明計數(shù)點，測量各計數(shù)點間的距離， 根據(jù)公式

4、2. （1）根據(jù)表（一），用縱坐標(biāo)表示加速度 a,橫坐標(biāo)表示作用力 作用力的大小F等于小盤和砝碼的總重力，根據(jù)實驗結(jié)果在坐標(biāo)平 面上描出相應(yīng)的點，如果這些點是在一條過原點的直線上，便證明了加速度a與作用力F成正比如圖所示.據(jù)實驗結(jié)果在坐標(biāo)平面上描出相應(yīng)的點，發(fā)現(xiàn) 這些點落在一條類似反比函數(shù)的曲線上.我們 猜想，a與M可能成反比.為了檢驗猜想的正 確性，再用縱坐標(biāo)表示加速度 a,橫坐標(biāo)表示小 車和砝碼總質(zhì)量的倒數(shù)，根據(jù)實驗結(jié)果在坐標(biāo)0甲"w乙右（2）根據(jù)表（二）.用縱坐標(biāo)表示加速度a,橫坐標(biāo)表示小車和砝碼的質(zhì)量M，根平面上描出相應(yīng)的點. 如果這些點落在一條過原點的直線上，就證明了加速度

5、與質(zhì)量成反比.（如圖所示）【注意事項j1. 一定要做好平衡摩擦力的工作， 也就是調(diào)出一個合適的斜面，使小車的重力沿 著斜面方向的分力正好平衡小車受到的摩擦阻力. 在平衡摩擦力時，不要把懸掛小盤 的細(xì)線系在小車上，即不要給小車加任何牽引力，并要讓小車拖著打點的紙帶運(yùn)動.2 .實驗步驟2、3不需要重復(fù)，即整個實驗平衡了摩擦力后，不管以后是改變小 盤和砝碼的總質(zhì)量還是改變小車和砝碼的總質(zhì)量，都不需要重新平衡摩擦力.3. 每條紙帶必須在滿足小車與車上所加砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)大于小盤和砝碼的總質(zhì)量 的條件下打出.只有如此，小盤和砝碼的總重力才可視為小車受到的拉力.4. 改變拉力和小車質(zhì)量后，每次開始時小車應(yīng)盡

6、量靠近打點計時器，并應(yīng)先接通 電源，再放開小車，且應(yīng)在小車到達(dá)滑輪前按住小車.【誤差分析：1 .質(zhì)量的測量誤差，紙帶上打點計時器打點間隔距離的測量誤差，拉線或紙帶不與木板平行等都會造成誤差.2. 因?qū)嶒炘聿煌晟圃斐烧`差：本實驗中用小盤和砝碼的總重力代替小車受到的拉力（實際上小車受到的拉力要小于小盤和砝碼的總重力），存在系統(tǒng)誤差小盤和砝碼的總質(zhì)量越接近小車的質(zhì)量，誤差就越大；反之，小盤和砝碼的總質(zhì)量越小于小車的質(zhì)量，誤差就越小.3 平衡摩擦力不準(zhǔn)確造成誤差：在平衡摩擦力時，除了不掛小盤外，其他的都跟 正式實驗一樣（比如要掛好紙帶、接通打點計時器 ），勻速運(yùn)動的標(biāo)志是打點計時器打 出的紙帶上各點

7、的距離相等.題型一對實驗原理的理解【例1】在利用打點計時器和小車來做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗時, F列說法中正確的是（）A. 平衡摩擦力時，應(yīng)將砝碼盤及盤內(nèi)砝碼通過定滑輪系在小車上B. 連接砝碼盤和小車的細(xì)繩應(yīng)跟長木板保持平行C. 平衡摩擦力后，長木板的位置不能移動D. 小車釋放前應(yīng)靠近打點計時器，且應(yīng)先接電源再釋放小車【例2】如圖所示的實驗裝置可以探究加速度與力、 質(zhì)量的關(guān)系，小車上固定一個盒子，盒子內(nèi)盛有沙子沙 桶的總質(zhì)量（包括桶以及桶內(nèi)沙子質(zhì)量 ）記為m,小車的總 質(zhì)量（包括車、盒子及盒內(nèi)沙子質(zhì)量 ）記為M.沙桶（1）驗證在質(zhì)量不變的情況下，加速度與合外力成正比；從盒子中取出

8、一些沙子，裝入沙桶中，稱量并記錄沙桶的總重力 mg,將該力視為合外力 F，對應(yīng)的加速度 a則從打 下的紙帶中計算得出.多次改變合外力F的大小，每次都會得到一個相應(yīng)的加速度. 本次 實驗中，桶內(nèi)的沙子取自小車中，故系統(tǒng)的總質(zhì)量不變.以合外力F為橫軸，以加速度a為縱軸，畫出a F圖象，圖象是一條過原點的直線. a F圖象斜率的物理意義是 . 你認(rèn)為把沙桶的總重力 mg當(dāng)作合外力F是否合理？答： .（填“合理”或“不合理”） 本次實驗中，是否應(yīng)該滿足 M? m這樣的條件？答：（填“是”或“否”）；理由.（2）驗證在合外力不變的情況下，加速度與質(zhì)量成反比；保持桶內(nèi)沙子質(zhì)量m不變，在盒子內(nèi)添加或去掉一些

9、沙子， 驗證加速度與質(zhì)量的關(guān)系. 本次實驗中，桶內(nèi)的沙子總質(zhì) 量不變，故系統(tǒng)所受的合外力不變.用圖象法處理數(shù)據(jù)時，以加速度 a為縱軸，應(yīng)該以 的倒數(shù)為橫軸.題型二實驗數(shù)據(jù)的處理【例2】 某學(xué)習(xí)小組的同學(xué)在用打點計時器探究物體的加速度與物體的質(zhì)量之間的關(guān)系實驗中，不改變拉力，只改變物體的質(zhì)量，得到了如下表所示的幾組數(shù)據(jù)，其中第3組數(shù)據(jù)還未算出加速度，但對應(yīng)該組已打出了紙帶，如圖所示（長度單位：cm）,圖中各點為每5個打點選出的計數(shù)點（兩計數(shù)點間還有 4個打點未標(biāo)出）3.01W.02*115.01（1）請由紙帶上的數(shù)據(jù)，計算出缺少的加 速度值并填入表中（小數(shù)點后保留兩位小 數(shù)）請在圖6中建立合適的

10、坐標(biāo)，將表中 各組數(shù)據(jù)用小黑點描在坐標(biāo)紙上， 并作出平 滑的圖線.（3）由圖象得出的結(jié)論是：:辟 實驗次數(shù)123456小車質(zhì)量（g）200300400500600700小車加速度（m/s2）2.001.330.790.670.40小車質(zhì)量的倒數(shù)（kg 1）5.003.332.502.001.671.0020.9K（單位:cm）課時效果檢測舉時自測，需速廈、訴規(guī)甩、提屋力2.用如圖甲所示的裝置做“驗證牛頓第二定律”實驗時，甲同學(xué)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出的小車的加速度a和小車所受拉力 F的圖象為圖中的直線I,乙同學(xué)畫出的aF圖象為下圖中的直線n .直線i、n在縱軸或橫軸上的截距較大，明顯超出了誤差范圍，下

11、面給出了關(guān)于形成這種情況的四種解釋，其中可能正確的是()A. 實驗前甲同學(xué)沒有平衡摩擦力B. 甲同學(xué)在平衡摩擦力時，把長 木板的末端抬得過高了C. 實驗前乙同學(xué)沒有平衡摩擦力D. 乙同學(xué)在平衡摩擦力時， 把長 木板的末端抬得過高了2為了探究加速度與力的關(guān)系，使用如圖所示的氣墊導(dǎo)軌裝置進(jìn)行實驗其中Gi、G2為兩個光電門，它們與數(shù)字計時器相連，當(dāng)滑行器通過Gi、G2光電門時，光束被遮擋的時間Ati、盤2都可以被測量并記錄.滑行器連同上面固定的一條形擋光片的總質(zhì)量為M,擋光片寬度為D，光電門間距離為 x,牽引砝碼的質(zhì)量為 m.回答下列問題：(1)實驗開始應(yīng)先調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌下面的螺釘，使氣墊導(dǎo)軌水平，在

12、不增加其他儀器的情 況下，如何判定調(diào)節(jié)是否到位？(2)若取M = 0.4 kg,改變m的值，進(jìn)行多次實驗，以下 m的取值不合適的一個是A. mi = 5 gC. m3= 40 gB. m2 = i5 gD. m4= 400 g(3)在此實驗中，需要測得每一為：(用Ai、個牽引力對應(yīng)的加速度，其中求得的加速度的表達(dá)式t2、D、x 表示).8甲所示.3. “探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系”的實驗裝置如圖小車打點計時器r23U一 3.52 4- 3.68一4-（單位:cm）乙在平衡小車與桌面之間摩擦力的過程中，打出了一條紙帶如圖乙所示計時器打點 的時間間隔為0.02 s,從比較清晰的點起，每5

13、個點取一個計數(shù)點，量出相鄰計數(shù)點之間的距離該小車的加速度a=m/s2.（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字 ）（2）平衡摩擦力后，將 5個相同的砝碼都放在小車上掛上砝碼盤，然后每次從小車上取一個砝碼添加到砝碼盤中，測量小車的加速度. 小車的加速度a與砝碼盤中砝碼總重力F的實驗數(shù)據(jù)如下表:砝碼盤中砝碼總重力F（N）0.1960.3920.5880.7840.980加速度2a(m s )0.691.181.662.182.70請根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出a F的關(guān)系圖象.（如右圖所示）（3）根據(jù)提供的實驗數(shù)據(jù)作 出的a F的圖線不通過原 點請說明主要原因.4. 某實驗小組利用如圖所示的實驗裝置來探究當(dāng)合外力一定時，物體運(yùn)動的加速度與其質(zhì)量之間的關(guān)系.(1)由圖中刻度尺讀出兩個光電門中心之間的距離x = 24 cm,由圖中游標(biāo)卡尺測得遮光條的