实验：探究加速度与力、质量的关系 导学案.docVIP

PAGE 8 PAGE 1 实验：探究加速度与力、质量的关系 【学习目标】 1.学会用“控制变量法”探究加速度与力、质量的定量关系 .2.会用图象表示加速度与质量、加速度与力之间的关系 【课前预习案】 1．实验器材：小车、砝码、小桶、砂、细线、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、 、纸带、 、 ． 2．实验原理：实验的基本思想——控制变量法 (1)保持研究对象即小车的质量不变，改变小桶内砂的质量，即改变 ，测出小车的对应加速度，验证加速度是否与作用力成正比． (2)保持小桶中砂的质量不变，即保持 不变，改变研究对象的质量，测出对应不同质量的加速度，验证加速度是否与质量成反比． 　想一想： 实验中小车的加速度怎样得到？ 【课堂探究案】 【典型例题】一、实验方案的设计 1．三个物理量的测量方法——体会近似法 本实验的研究对象：放在“光滑”“水平面”上的小车 (装置如图421所示)． (1)小车质量的测量：利用天平测出，在小车上增减砝码可改变小车的质量． (2)拉力的测量：当小桶和砂的质量远小于小车质量的情况下，可以认为小桶和砂的重力近似等于小车所受的拉力(合外力)，即F≈mg. (3)加速度的测量：由纸带根据公式Δx＝aT2，结合逐差法计算出小车的加速度． 2．实验数据的处理方法——图象法、“化曲为直”法 (1)研究加速度a和力F的关系 以加速度a为纵坐标，以力F为横坐标，根据测量数据描点，然后作出图象，如图422所示，若图象是一条通过原点的直线，就能说明a与F成正比． (2)研究加速度a与质量m的关系如图423所示，因为am图象是曲线，检查am图象是不是双曲线，就能判断它们之间是不是反比例关系，但检查这条曲线是不是双曲线，相当困难．若a和m成反比，则a与eq \f(1,m)必成正比．我们采取“化曲为直”的方法，以a为纵坐标，以eq \f(1,m)为横坐标，作出aeq \f(1,m)图象，若aeq \f(1,m)图象是一条直线，说明a与eq \f(1,m)成正比，即a与m成反比． 图423 二、实验步骤 1．用天平测出小车的质量M，并把数值记录下来． 2．按图424所示的装置把实验器材安装好(小车上先不系绳)． 图424 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．在小桶里放入适量的砂，通过细绳系在小车上，在小车上加放适量的砝码，用天平测出小桶和砂的质量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． 5.保持小车的质量不变，改变砂和小桶的质量，按步骤4再做5次实验． 6．在每条纸带上选取一段比较理想的部分，算出每条纸带对应的加速度的值，填入表格中． 7．用纵坐标表示加速度，横坐标表示作用力，根据实验结果画出小车运动的aF图象，从而得出aF的关系． 8．保持砂和小桶的质量不变，在小车上加放砝码，重复上面的实验，求出相应的加速度，并设计表格如下．根据实验结果画出小车运动的aeq \f(1,M)图象，从而得出aM的关系． 9.整理实验器材，结束实验． 三、误差分析 1．托盘和砝码的总重力约等于小车所受的合外力，但会带来一定的误差．小车的质量与砂桶和砂的总质量相差越大，这种误差越小． 2．为减小长度测量时的偶然误差，可进行多次测量取平均值． 3．没有平衡摩擦力或摩擦力平衡不好，实验中作出的aF或aeq \f(1,M)图象不过原点． 四、注意事项 1．实验中小车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，不要悬挂小桶，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，如果在纸带上打出的点的间隔均匀，表明小车受到的阻力跟它受到的重力沿斜面向下的分力平衡． 3．改变砂的质量过程中，要始终保证砂桶(包括砂)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的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． 例1　用如图425所示的装置研究在作用力F一定时，小车的加速度a与小车质量M的关系，某位同学设计的实验步骤如下： A．用天平称出小车和小桶及内部所装砂子的质量； B．按图装好实验器材； C．把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂砂桶； D．将电磁打点计时器接在6 V电压的蓄电池上，接通电源，放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，并在纸带上标明小车质量； E．保持小桶及其中砂子的质量不变，增加小车上的砝码个数，并记录每次增加后的M值，重复上述实验； F．分析每条纸带，测量并计算出加速度的值； G．作aM关系图象，并由图象