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时间:2018-12-17
《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1》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、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
2、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
3、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
4、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
5、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
6、.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
7、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,打点计时器在纸带上打下一系列点,并在纸带上标明小车质量;E.保持小桶及其中砂子的质量不变,增加小车上的砝码个数,并
8、记录每次增加后的M值,重复上述实验;F.分析每条纸带,测量并计算出加速度的值;G.作aM关系图象,并由图象确定aM关系.(1)该同学漏掉的重要实验步骤是________,该步骤应排在________步实验之后.(2)在上述步骤中,有错误的是________,应把________改为________.(3)在上述步骤中,处理不恰当的是________,应把________改为________.解析 实验中把小桶及其
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