2016新课标创新人教物理必修1第四章第2节实验五探究加速度与力质量的关系.doc

一、实验目的 1．学会用控制变量法探究物理规律。 2．探究加速度与力、质量的关系。 3．掌握利用图象处理数据的方法。 二、实验原理 1．实验方法 2．实验方案 实验中需要测量的物理量有三个：物体的加速度、物体所受的力、物体的质量。质量用天平测量，因此本实验要解决的主要问题是怎样测量加速度和物体所受的力。 (1)物体加速度的测量 在运动物体上安装一条穿过打点计时器的纸带，根据纸带上打出的点来测量加速度。在这个实验中也可以测加速度与其他量之间的比例关系，测量不同情况下(即不同受力、不同质量时)物体加速度的比值就可以了。 由于初速度为零时，a＝，如果测出这两个初速度为零的匀加速直线运动在相同时间内发生的位移x1、x2，位移之比就等于加速度之比，即＝。 (2)测量物体所受的恒力 设计的实验装置如图所示： 对此实验中力的理解：除了在真空中抛出或落下的物体(仅受重力)外，仅受一个力的物体几乎是不存在的。然而，一个单独的力的作用效果与跟它大小、方向都相同的合力的作用效果是相同的，因此，实验中的力F的含义可以是物体所受的合力； 平衡摩擦力：如图所示，纸带穿过打点计时器。为了消除摩擦力对小车的影响，可将木板无滑轮的一端稍微垫高一些，用小车的重力的分力来抵消它所受到的摩擦力，直到小车不挂重物时能在木板上做匀速运动为止。 当挂上重物时，只要重物的质量远小于小车的质量，那么我们可近似地认为托盘和砝码所受的重力大小等于小车所受的合力的大小。增减盘中砝码的个数可改变小车所受到的合力。 (3)由实验结果得出结论 根据实验数据以a为纵坐标、F为横坐标，和以a为纵坐标、为横坐标作出图象，如果图象是过原点的直线，则说明加速度与力成正比、与质量成反比。 三、实验器材 电磁打点计时器、纸带、复写纸片、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘、砝码、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平(带有一套砝码)、刻度尺。 四、实验步骤 1．用天平测出小车和重物的质量分别为M0、m0，并把数值记录下来。 2．按图将实验器材安装好(小车上不系绳)。 3．平衡摩擦力，把木板无滑轮的一端下面垫一薄木板，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匀速直线运动为止(纸带上相邻点间距相等)。 4．将重物通过细绳系在小车上，接通电源放开小车，用纸带记录小车的运动情况；取下纸带并在纸带上标上号码及此时所挂重物的重力m0g。 5．保持小车的质量不变，改变所挂重物的重力，重复步骤4，多做几次实验，每次小车从同一位置释放，并记录好重物的重力m1g、m2g、…以及计算出相应纸带的加速度填入表格1。 6.保持托盘中所放重物的质量不变，在小车上加放砝码，并测出小车与所放砝码的总质量M，接通电源，放开小车，用纸带记录小车的运动情况，取下纸带并在纸带上标上号码。 7．继续在小车上加放砝码，重复步骤6，多做几次实验，在每次得到的纸带上标上号码。 8．计算出每次实验所得纸带的加速度值及小车与砝码的总质量填入表格2。 五、数据处理 1．分析加速度和力的关系 依据表格1，以加速度a为纵坐标，以外力F为横坐标，作出a-F关系图象，如图所示，由此得出结论。 2．分析加速度和质量的关系 依据表格2，以加速度a为纵坐标，以小车及砝码的总质量M或为横坐标作出a-M或a-关系图象，如图所示，据图象可以得出结论。 3．实验结论 (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、注意事项 1．平衡摩擦力时不要挂重物，整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变盘和砝码的质量还是改变小车和砝码的质量，都不需要重新平衡摩擦力。 2．实验中必须满足小车和砝码的总质量远大于小盘和砝码的总质量。 3．每次释放小车时，小车应靠近打点计时器并且先接通电源再释放小车，当小车靠近滑轮时用手按住小车。 4．各纸带上的加速度a，都应是该纸带上的平均加速度。 5．作图象时，要使尽可能多的点在所作直线上，不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线两侧。离直线较远的点是错误数据，可舍去不予考虑。 七、误差分析 1．在实验中，我们认为砝码的重力就等于小车所受的合力。但这是有误差的，只有在小车质量比较大，砝码重力比较小，且长木板合理倾斜的情况下，实验结果才比较理想。 2．质量测量、长度测量中也存在偶然误差，可通过多次测量取平均值的方法来减小误差。 3．平衡摩擦力不准而造成误差。 4．描点作图时存在误差。 八、其它方案设计 用气垫导轨探究加速度与力、质量的关系 1．实验设计 (1)如图所示，让滑块在砝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(或减少)钩码的数量来改变拉力的大小，重复实验3次。 2．计算加速度的方法 已