2016牛顿运动定律讲义剖析.docx

4.2实验 探究力、质量、加速度的关系[实验目的]通过实验探究物体的加速度与它所受的合力、质量的定量关系，得出[实验器材]一端附有滑轮的长木板、小车、细线和小桶、天平、砝码、钩码（或槽码）、打点计时器、学生电源、纸带、刻度尺[实验原理]1.控制变量法：⑴保持m一定时，改变物体受力Ｆ测出加速度ａ，用图像法研究ａ与Ｆ关系⑵保持Ｆ一定时，改变物体质量m测出加速度ａ，用图像法研究ａ与m关系2、物理量的测量：2.1小车质量：用天平测出小车质量，通过向小车中增添砝码改变小车质量，记小车和车中砝码总质量为M.2.2合外力：2.2.1为什么要平衡摩擦力如图1，小车受四个力，重力、支持力、摩擦力、绳子的拉力。重力和支持力相互抵消，小车的合外力就等于绳子的拉力减去摩擦力，当改变小车质量M时，由公式可知小车的合外力不能控制定值.当消除f影响时，合外力等于钩码的重力（mg），所以必须平衡摩擦力.2.2.2如何平衡摩擦力：平衡摩擦力时不要挂小桶，应连着纸带且通过打点记时器的限位孔，将长木板倾斜一定角度，此时物体在斜面上受到的合外力为0。做实验时肯定无法这么 图2 准确，我们只要把木板倾斜到物体在斜面上大致能够匀速下滑（可以根据纸带上的点来判断），这就说明此时物体合外力为0，摩擦力被重力的沿斜面向下的分力（下滑力）给抵消了。由于小车的重力G、支持力N、摩擦力f相互抵消，那小车实验中受到的合外力就是绳子的拉力了。 2.2.3是否需要多次平衡摩擦力在实验前对摩擦力进行了平衡以后，实验中需在小车上增加或减少砝码，因此为改变小车对木板的压力，摩擦力会发生变化，是不是需要重新平衡摩擦力？如图3，木块沿倾角为α的斜面下滑，斜面和木块之间的动摩擦因数为μ，以斜面方向为x轴,垂直斜面方向为y轴建立平面坐标系轴上：轴上：图3由以上分析可知：在初次平衡摩擦力时，=0即=0，所以改变小车质量后仍为0，小车受到的合外力还是绳子的拉力，所以不需要重新平衡摩擦力.2.2.4绳子的拉力等于沙和小桶的重力（mg）吗？在实验中，M，m运动转态时刻相同，即加速度相同对M、m整体研究 mg=（m+M）a，对m隔离：T=ma所以2.2.5什么条件下认为绳子的拉力等于沙和小桶的重力，当时，趋近无穷大，趋近0，此时有绳子的拉力等于沙和小桶的重力.3.加速度：①根据纸带上打出的点来测量加速度②在研究F-a关系时，控制M一定，小车从静止开始运动，根据可把问题转化为研究F-x关系.[实验步骤]⑴用天平测出小车和小桶的质量M 和m把数值记录下来。⑵按下图实验装置把实验器材安装好，使长木板有滑轮的一端伸出桌面⑶在长木板不带定滑轮的一端下面垫一小木块，通过前后移动，来平衡小车的摩擦力⑷把细线系在小车上并跨过定滑轮，此时要调节定滑轮的高度使细线与木板平行。⑸将小车放于靠近打点记时器处，在小桶内放上砝码(5g)，接通电源，放开小车得到一打好点的纸带（注意打好的纸带要标明条件M=? m=?）点拨：要使砂和小桶的总质量远小于小车的总质量（m＜＜M）；起始小车应靠近打点计时器处，且先接通电源后再放开小车，注意不要让小车撞到定滑轮。⑹保持小车的质量不变，改变小桶内砝码的质量(10g、15g、20g、25g)，再做几次实验⑺在每条纸带上都要选取一段比较理想的部分，算出每条纸带的加速度[实验数据分析与处理]1.若测得某一物体m一定时，a与F的关系的有关数据资料如下表.（1）根据表中数据，画出a－F图象.（2）从图象可以判定：当m一定时，a与F的关系为_______.a/（m·s－2）1.984.065.958.12F/N1.002.003.004.001.1利用所测得的数据在a－F坐标上描点并连线，所连的直线应通过尽可能多的点，不在直线上的点应均匀分布在直线两则，这样所描的直线可能不过原点，如图所示.图（a）是由于平衡摩擦力时斜面倾角太小，未完全平衡摩擦力所致；图（b）是由于平衡摩擦力时斜面倾角太大，平衡摩擦力过度所致.1.2.解释图中F-a弯曲的原因设小车实际加速度为，理论加速度为则，解得：?，上式可见，取不同值，不同，越大，越大，当时，，，可以看出，随着的增大，加速度的实验值与理想值之间的差别越来越大.2.若测得某一物体受力F一定时，a与M的关系数据如下表所示：（1）根据表中所列数据，画出a－1/m图象.（2）由a－1/m关系可知，当F一定时，a与M成_______关系.a/（m·s－2）2.042.663.233.98M/kg2.001.501.251.00在研究加速度与质量的关系时，为什么描绘a－图象，而不是描绘a－m图象？ 在相同力的作用下，质量m越大，加速度越小.这可能是“a与m成反比”，但也可能是“a与m2成反比”，甚至可能是更复杂的关系.我们从最简单的情况入手，检验是否“a