2024_2025学年新教材高中物理第四章运动和力的关系第2节实验：探究加速度与力质量的关系学案新人教版必修第一册.doc
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第2节试验：探究加速度与力、质量的关系
一、试验目的
1．学会用限制变量法探讨物理规律。
2．会测量加速度、力和质量，能作出物体运动的a-F、a-eq\f(1,M)图像。
3．会通过试验探究加速度与力、质量的定量关系。
二、试验器材
小车、槽码、砝码、细绳、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、沟通电源、纸带、刻度尺、天平。
三、试验原理
1．试验的基本思想——限制变量法
(1)保持探讨对象即小车的质量不变，变更槽码的个数可以成倍地变更小车所受拉力，即变更作用力，测出小车的对应加速度，验证加速度是否正比于作用力。
(2)保持小车所受拉力不变，变更探讨对象即小车的质量，测出对应不同质量的加速度，验证加速度是否反比于质量。
2．三个物理量的测量方法
本试验的探讨对象：小车
(1)小车质量的测量：利用天平测出，在小车上增减砝码可变更小车的质量。
(2)拉力的测量：当槽码的质量远小于小车质量的状况下，可以认为槽码的总重力近似等于小车所受的拉力(合外力)。
(3)加速度的测量：由纸带依据公式Δx＝aT2，结合逐差法计算出小车的加速度。
四、试验步骤
1．用天平测出小车的质量M，并把数值记录下来。
2．按如图所示的装置把试验器材安装好(小车上先不系绳)。
3．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．用细绳一端挂槽码，另一端绕过定滑轮系在小车上，在小车上加放适量的砝码，用天平测出槽码的质量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。
次数
1
2
3
4
5
6
小车加速度a/(m·s－2)
槽码的质量m/kg
拉力F/N
表1
5．保持小车(含砝码)的质量不变，变更槽码的质量，按步骤4做6次试验。
6．在每条纸带上选取一段比较志向的部分，利用逐差法计算出每条纸带对应的加速度的值，填入相应表格中。
7．保持槽码的质量不变，在小车上加放砝码，重复上面的试验，求出相应的加速度，把数据记录到下面的表格中。
次数
1
2
3
4
5
6
小车加速度a/(m·s－2)
小车(含砝码)质量M/kg
eq\f(1,M)/kg－1
表2
8．整理试验器材，结束试验。
五、数据处理
1．由表1中记录的数据，以a为纵坐标、F为横坐标，依据数据作a-F图像(如图所示)，找出规律，分析a与F的关系。
2．由表2中记录的数据，分别以a为纵坐标、M和eq\f(1,M)为横坐标，依据数据作a-M图像和a-eq\f(1,M)图像(如图所示)，分析a与M的关系。
3．试验结论
(1)保持物体质量不变时，物体的加速度a与所受力F成正比。
(2)在力F不变时，物体的加速度a与质量M成反比。
六、误差分析
产生缘由
减小方法
偶然误差
质量测量不准、计数点间距测量不准
多次测量求平均值
小车所受拉力测量不准
①精确平衡摩擦力
②使细绳和纸带平行于木板
作图不准
使尽可能多的点落在直线上或匀称分布在直线两侧，误差较大的点舍去
系统误差
槽码的总重力代替小车所受的拉力
使槽码的总质量远小于小车的质量
七、留意事项
1．打点前小车应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，不要悬挂槽码，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，假如在纸带上打出的点的间隔匀称，表明小车受到的阻力跟它受到的重力沿斜面对下的分力平衡。
3．变更槽码的质量的过程中，要始终保证槽码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地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。
八、其他方案设计
用气垫导轨探究加速度与力、质量的关系。
1．试验设计
(1)如图所示，让滑块在钩码拉力的作用下做加速运动，记录下滑块通过光电门的速度、钩码的质量、两光电门间的距离。
(2)保持滑块质量不变，通过增加(或削减)钩码的数量来变更拉力的大小，重复试验3次。
2．计算加速度的方法
已知滑块经过两个不同位置的速度v1和v2以及两位置间的距离，利用a＝eq\f(v22－v12,2x)就可以求得加速度。
3．数据的分析
设计试验表格，将滑块质量不变时的试验数据记入表格并进行分析。
滑块质量M＝________kg
钩码的质量m/kg
滑块所受拉力大小的近似值F/N
滑块通过光电门1的速度v1/(m·s－1)
滑块通过光电门2的速度v2/(m·s－1)
两光电门间的跟离x/m
滑块加速度的计算值a/(m·s－2)
由数据分析得出结论：当物体的质量不变时，a与F成正比。
4．需说明的两个问题
(1)有的仪器只能记录滑块经过光电门的时间，但这个时间很短暂，故可