全面解读《实验：探究加速度与力、质量的关系》.doc

全面解读《实验：探究加速度与力、质量的关系》 江苏省新海高级中学 马明华 1、实验目的：探究加速度a与力F、质量M的关系 2、实验的基本思路：控制变量法 先保持物体的质量不变，测量物体在不同力的作用下的加速度，分析加速度a与受力F的关系；再保持物体所受的力相同，测量不同质量的物体在该力作用下的加速度，分析加速度a与质量M的关系。这种先控制一个参量不变，研究其余参量之间变化关系，再控制另一个参量不变，研究其余参量之间变化关系的方法叫控制变量法。 3、两个案例 3.1不同点：实验过程不同 案例一：通过夹子控制两个小车同时由静止开始匀加速运动再同时停止运动。 案例二：一个小车在盘和重物的牵引下拖动纸带做匀加速运动。 3.2共同点：两个案例中的装置均要平衡摩擦力 实验中小车要受到摩擦阻力的作用，增加了实验的难度。垫高水平木板不带滑轮的一端，使小车自身重力沿斜面的分力Mgsinθ平衡摩擦力f，这样小车所受拉力F即为合力，如下图所示。 （1）是否平衡摩擦力的判断：使小车在不受牵引时能拖动纸带匀速运动，纸带上打印的点迹应该是均匀的。 （2）注意： 平衡摩擦力时Mgsinθ=μMgcosθ，等式两边M可消去，说明与质量变化无关，只要小车和木板之间的动摩擦因数μ不变，整个实验过程中只需要平衡一次摩擦力即可。 4、各物理量的测量3 4.1质量 m的测量：用天平即可完成。 4.2 加速度a的测量：逐差法求加速度 某次打点计时器，打出的纸带如下图所示。 用刻度尺测量计数点1、2、3、4、5、6到计数点0间的距离d1、d2、d3、d4、d5、d6。 逐差法求加速度：（相邻两个计数点间时间间隔为T） x1 = d1、x2 = d2 — d1、x3= d3 — d2、x4 = d4 — d3、x5 = d5 — d4、x6 = d6 — d5 x4 — x1 = 3a1T2、x5 — x2 = 3a2T2、x6 — x3 = 3a3T2 则物体的加速度 4.3 力F的测量：满足一定条件时，盘和重物所受的重力等于使小车做匀加速运动的力，证明过程如下（作为复习内容，证明过程使用了牛顿第二定律）。 设小车的质量为M，盘和重物的质量为m，绳中拉力为F 以M和m为研究对象，得 以M为研究对象，得 由以上两式得 所以，只有当盘和重物的质量m比小车的质量M小很多时，。 5、实验原理 5.1 案例一：间接两车具有相同的运动时间，，，用刻度尺测出t内两小车的位移x1、x2。 根据本实验设计，，可推得。在相同时间内两车的加速度和位移有=的关系。若∝，则两车的加速度和力的关系为∝，即∝F；若∝，则两车的加速度和质量的关系为∝，即。 5.2 案例二 直接探究 相关物理量：车的质量M、所挂盘和重物的质量m可以用天平测得，当盘和重物的质量比小车的质量小很多时，，利用打出的纸带可得加速度a。 在本案例中，首先保持车的质量M不变，重复实验获得多组a和F的数据，列出表格，作a—F图象，看其是否为过原点的直线∝F；其次保持盘和重物的质量m不变，即力F不变，重复实验获得多组a和M的数据，列出表格，作a—图象，a—图象后再次观察，若是一条过原点的直线，则。 6、误差分析 A线不通过坐标原点的原因是：A线在F轴（或轴）上有一定的截距，表明F（或）达到一定的值后小车才开始有加速度，这是没有平衡摩擦力，或平衡摩擦力不够引起的。 ?? ????B线不通过坐标原点的原因是：B线在a轴上有一定的截距，表明F（或）为零即不加F（或）时小车已经有了一定的加速度，这是平衡摩擦力时木板倾角θ太大，即平衡摩擦力过度引起的。 C线前半部分是过原点的直线，这说明已经平衡摩擦力，后半部分是曲线的原因是：没有能够一直保证盘和重物的质量比小车的质量小很多。在a—F图，当F比较小即m比较小时，m比M小很多时，图像的斜率可以认为是不变，其图像也就是直线；但是当F比较大即m比较大时，不能保证m比M小很多时，图像的斜率是，随着F的增大斜率变小，图像向F轴弯曲。在a—图中，保持m不变（即F不变）而改变M，准确来说，当比较小即M比较大时，m比M小很多时，a和的关系可以写成，图像的斜率是mg不变，其图像是直线；当比较大即M比较小时，没有保证m比M小很多时，a和的关系就不可以写成，而相当于是，其中k比mg要小且随着M的减小而减小，所以图像的斜率变小，图像向轴弯曲。 作者资料： 工作单位：江苏省新海高级中学 地址：江苏省连云港市苍梧路58号 邮编：222006 信箱：minghua_ma@msn.cn 联系电话 案例一： 甲 细绳 小车 夹子 乙 案例二： f F