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栾川一高2012级高一物理学科诱思探究导学提纲必修一第四章第2节4.2实验：探究加速度与力、质量的关系编写人：姜冠楠审核：沈延冰2012-11-13一、实验目的1.用控制变量法探究加速度与力、质量的关系．即(1)物体的质量一定时，探究加速度与力的关系；(2)物体受力一定时，探究加速度与质量的关系．2.学会用图线验证物理规律的方法．二、实验器材打点计时器、纸带及复写纸、、导线、一端带有定滑轮的长木板、、细绳、重物、、刻度尺．三、实验原理1.当研究三个物理量之间的关系时，先要保持，研究另外两个量之间的关系，再保持另一个量不变，研究其余两个量之间的关系，然后综合起来得出结论．这种研究问题的方法叫做，这种方法是物理学中研究和处理问题时经常采用的方法．本节使用的方法即是“控制变量法”．(1)保持物体的不变，测量物体在不同外力作用下的加速度，分析加速度与外力的关系．探究的方法采用根据实验数据绘制图像的方法，也可以采用比较的方法，看不同的外力与其产生的加速度的比值有何关系．(2)保持物体相同，测量不同质量的物体在该力作用下的加速度，分析加速度与质量的关系．探究的方法采用根据实验数据绘制图像的方法．2.本实验要测量的物理量有质量、加速度和力．测量质量用，需要研究的是怎样测量加速度和力．(1)测量加速度的方案：采用较多的方案是运用在与运动物体连接的纸带上打点，借助纸带上打出的点，根据连续相等的时间间隔T内的位移差相等即求出加速度．条件许可的情况下，也可以采用气垫导轨和光电门．由于本实验的目的是探究加速度与力、加速度与质量间的比例关系，因而也可不测加速度的具体数值，而测不同条件下加速度的若两物体做初速度为0的匀加速运动，由221atx可得，物体在相同时间内发生的位移之比就是加速度之比，即(2)提供并且测量物体所受的外力的方案：由于上述测量加速度的方案只能适用于匀变速直线运动，所以我们必须给物体提供一个恒定的外力，并且要测量这个外力．教材的参考案例提供的外力比较容易测量，采用这种方法是不错的选择．栾川一高2012级高一物理学科诱思探究导学提纲必修一第四章第2节以教材提供的实验“参考案例”为例，教材图4.2－6所示实验装置中，为实验研究对象——小车(连同车内的砝码)提供恒力的是所挂重物、小盘和砝码．实验中我们认为：使小车做匀加速运动的力，与小盘和砝码的重力大小相等．为此，必须满足以下两个实验条件：①水平板应尽可能光滑，将木板连接打点计时器一端垫高到一个合适的角度，将连有纸带的小车(未挂小盘)在上面轻轻一推，使其恰能匀速下滑为止．即用小车重力沿斜面方向的分力平衡摩擦力．②在改变物体的质量时，应保持小车与其中砝码的质量盘与盘中砝码的质量．四、实验步骤1.用测出小车和重物的质量为M0，m0，并把数据记录下来．2.安装实验器材．(小车上先不系细绳)3.平衡摩擦力：把木板无滑轮的一端下面垫一薄木块．反复移动其位置，直到打点计时器正常工作后不挂重物的小车在斜面上做运动为止．(所打纸带上相邻点的间距相等)4.将重物通过细绳系在上，，放开小车，用纸带记录小车的运动情况；取下纸带作标记并记录此时的重力gm0.5.保持小车的不变，改变，重复步骤4多做几次实验，记录每次相应纸带所挂重物的重力gm1、gm2、gm3、…6.保持不变，即小车所受不变，在小车上，接通电源，放开小车，用纸带记录小车的运动情况；取下纸带作标记并记录小车和所加砝码的总质量为M1.7.继续在小车上，重复步骤6多做几次实验，记录每次相应小车和所加砝码的总质量M2、M3、…五、实验中应注意的事项1.平衡摩擦力时不要挂重物，在小车后拖上纸带，先接通电源，再用手给小车一个初速度．若在纸带上打出的点的间隔是均匀的，表明平衡了摩擦力，否则必须重新调整小木块的位置．整个实验过程平衡了摩擦力后，不管以后是改变重物质量还是改变小车及砝码的质量，都不需要重新平衡摩擦力．平衡摩擦力是指小车所受动力(重力沿斜面向下的分力)与小车所受阻力(包括小车所受摩擦力和打点计时器对小车所拖纸带的摩擦力)大小相等．2.平衡摩擦力之后，每条纸带必须满足小车和砝码的总质量远大于所挂重物的质量的条件．只有如此，所挂重物的重力才可视为与小车所受拉力相等．3.每次准备释放小车时，小车应靠近打点计时器，应先接通电源再放开小车，当小车靠近滑轮时用手按住小车．4.作图像时，要使尽可能多的点在一条直线上，不在直线上的点要尽可能对称分布在直线两侧．离直线较远的点误差较大，可舍去。六、实验结果的分析与处理本实验的数据处理可以采用计算法和图像法两种不同的方法：1.计算法：测得加速度或加速度之比(等于位移之比)后，通过计算看看是否满足：栾川一高2012级高一物理学科诱思探究导学提纲必修一第四章第2节a1a2＝F1F2、a1a2＝m2m1.2.图像法：在本实验测得加速度后，以拉力F为横坐标、加速度a为纵坐标，描绘a－F图像，看看图像是否为过原点的倾斜直线；用1m为横坐标、加速度a为纵坐标，描绘a－1m图像(如果我们作a－m图像，那得到的图形是双曲线，不便于分析图像，而如果画a－1m图像，则得到一条直线便于我们分析)，看看图像是否为过原点的倾斜直线．七、误差分析1.因实验原理不完善造成误差：本实验中用所挂重物的重力代替小车受到的拉力(实际上小车受的拉力要小于所挂重物的重力)，存在系统误差．所挂重物的质量越小于小车的质量，误差越小；反之误差越大．2.平衡摩擦力不准造成误差：如出现下图中①的直线，说明平衡摩擦力时，平衡过大了．即拉力F＝0时，已产生加速度，其加速度是由多余重力的分力产生的．若出现左下图中②的直线，说明平衡摩擦力不够，因为拉力为F0时才产生加速度．3.质量的测量误差，纸带上打点计时器打点间隔距离的测量误差，拉线或纸带不与木板平行等都会造成误差。同步练习：1．为了更直观地反映物体的加速度a与物体质量m的关系，往往用两者的关系图像来表示，该关系图像应选用()A．a－m图像B．m－a的图像C．a－1m图像D.1m－a图像2．如下图所示，实验中，若1、2两个相同的小车所受拉力分别为F1，F2，车中所放砝码的质量分别为m1，m2，打开夹子后经过相同的时间两车的位移分别为x1，x2，则在实验误差允许的范围内，有()栾川一高2012级高一物理学科诱思探究导学提纲必修一第四章第2节A．当m1＝m2、F1＝2F2时，x1＝2x2B．当m1＝m2、F1＝2F2时，x2＝2x1C．当F1＝F2、m1＝2m2时，x1＝2x2D．当F1＝F2、m1＝2m2时，x2＝2x13．用打点计时器测量加速度，探究加速度与力、质量的关系时，需要平衡摩擦力．平衡摩擦力时，应该让小车()A．挂上钩码，拖上纸带，开动打点计时器B．不挂钩码，拖上纸带，开动打点计时器C．挂上钩码，不拖纸带D．不挂钩码，不拖纸带4．在某次探究加速度和力的关系的实验中某人得到的a－F图像如下图所示，从这个实验图像可以得到的结论正确的是()A．这些点并不全是在一条通过原点的直线上，因此，不能认为当m一定时a与F成正比B．在实验中总是会出现误差的，这些点偏离这条过原点的直线的原因，可能是误差造成的，如果没有误差，这些点是不会偏离该直线的．因此可以认为：当m一定时a与F成正比C．当m一定时，a与F成正比这条规律应该不会错．实验得的结果与该规律不合是实验做错了D．上述说法都是错的5．下列说法中正确的是()①在相同的力作用下，物体的质量越大，速度越小②在相同的力作用下，物体的质量越大，加速度越小，它的速度一定增加得越少③在相同的力作用下，物体质量越大，速度变化越慢④在相同的力作用下，物体质量增大为原来的两倍，加速度一定减小为原来的12A．①②B．③④C．①③D．②④