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1、實驗(3):探究加速度與力、質量的關系一、實驗原理圖二、基本實驗要求1.實驗目的(1)通過實驗探究物體的加速度與它所受的合力、質量的定量關系。(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及質量m的定量關系時,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的關系;(2)保持F一定時,改變物體質量m測出加速度a,用圖象法研究a與m的關系。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
2、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)保持小車的質量不變,改變砝碼的質量,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)保持小盤內砝碼質量不變,在小車上放鉤碼改變小車的質
3、量,重復上面的實驗。把各次實驗中的數(shù)據(jù)填入表內。(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、橫坐標表示小車質量的倒數(shù),在坐標系中根據(jù)實驗數(shù)據(jù)描出相應的點并作圖線。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
4、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量,還是改變小車及鉤碼的質量,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量遠小于小車和砝碼的總質量。7.誤差分析(1)因實驗原理不完善引起誤差: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、質量測量不準確、計數(shù)點間距測量不準確、紙帶和
5、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)我們已經知道,物體的加速度a同時跟合外力F和質量m兩個因素有關,要研究這三個物理量之間的定量關系的思想方法是。 (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.使砂桶的質量遠小于小車的質量,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
6、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,應使砂桶的質量遠小于小車的質量,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.
7、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量m1一定,探究加速度與所受合外力的關系時,由于平衡摩擦力時操作不當,兩位同學得到的a-F關系分別如圖中的甲、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
8、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量不變時加速度跟它們所受拉力的關系,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量遠小于小車和傳感器的總質量。(選填“是”或“否”)。 (2)由圖象求出小車和傳感器的總質量為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量遠小于小車和傳感器的總質量。(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量為1 kg。答案: (1)否(2)1
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