课时4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系-高中物理同步练习分类专题教案（人教版2019必修第一册）.docxVIP

第四章牛顿运动定律

课时4.2实验：探究加速度与力、质量的关系

体会本实验思路的合理性，并尝试设计其他可行性实验方案。

分析本实验所需测量的物理量，同时培养亲自动手操作的能力。

利用图像处理实验数据。

学会用控制变量法探究物理规律。

一、实验原理与方法

1．实验思路——控制变量法

(1)探究加速度与力的关系

保持小车质量不变，通过改变砝码的个数改变小车所受的拉力，测得不同拉力下小车运动的加速度，分析加速度与拉力的定量关系。

(2)探究加速度与质量的关系

保持小车所受的拉力不变，通过在小车上增加重物改变小车的质量，测得不同质量对应的加速度，分析加速度与质量的定量关系。

2．物理量的测量

(1)质量的测量：用天平测量。在小车中增减砝码的数量可改变小车的质量。

(2)加速度的测量

①方法1：让小车做初速度为0的匀加速直线运动，用刻度尺测量位移x，用秒表测量发生这段位移所用的时间t，然后由a＝eq\f(2x,t2)计算出加速度a。

②方法2：由纸带根据公式Δx＝aT2，结合逐差法计算出小车的加速度。

③方法3：不直接测量加速度，求加速度之比，例如：让两个做初速度为0的匀加速直线运动的物体运动时间t相等，测出各自的位移x1、x2，则eq\f(a1,a2)＝eq\f(x1,x2)，把加速度的测量转换成位移的测量。

(3)力的测量

在阻力得到补偿的情况下，小车受到的拉力等于小车所受的合力，在槽码的质量比小车的质量小得多时，可认为小车所受的拉力近似等于槽码所受的重力。

二、实验器材

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、交流电源、纸带、刻度尺、天平。

三、进行实验(以参考案例1为例)

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实验器材安装好(小车上先不系细绳)。

3．补偿阻力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫上垫木，反复移动垫木位置，启动打点计时器，直到轻推小车使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)，此时小车重力沿斜面方向的分力等于打点计时器对小车的阻力和长木板的摩擦阻力及其他阻力之和。

4．用细绳绕过定滑轮系在小车上，另一端挂上槽码，保持小车质量不变，改变槽码的个数，以改变小车所受的拉力，处理纸带，测出加速度，将结果填入表1中。

表1小车质量一定

拉力F/N

加速度a/(m·s－2)

5.保持槽码个数不变，即保持小车所受的拉力不变，在小车上加放砝码，重复上面的实验，求出相应的加速度，把数据记录在表2中。

表2小车所受的拉力一定

质量m/kg

加速度a/(m·s－2)

四、数据分析

1．分析加速度a与力F的定量关系

由表1中记录的数据，以加速度a为纵坐标，力F为横坐标，根据测量数据描点，然后作出a-F图像，如图甲所示，若图像是一条通过原点的直线，就能说明a与F成正比。

甲乙

2．分析加速度a与质量m的定量关系

由表2中记录的数据，以a为纵坐标，以eq\f(1,m)为横坐标，根据测量数据描点，然后作出a-eq\f(1,m)图像，如图乙所示。若a-eq\f(1,m)图像是一条过原点的直线，说明a与eq\f(1,m)成正比，即a与m成反比。

3．实验结论

(1)保持物体质量不变时，物体的加速度a与所受拉力F成正比。

(2)保持拉力F不变时，物体的加速度a与质量m成反比。

五、误差分析

产生原因

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准确平衡摩擦力

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均匀分布在直线两侧，误差较大的点舍去

系统误差

小盘及槽码的总重力代替小车所受的拉力

使小盘和槽码的总质量远小于小车的质量

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，不管以后是改变小盘和槽码的质量还是改变小车及砝码的质量，都不需要重新平衡摩擦力。

2．实验中必须满足小车和槽码的总质量远大于小盘和槽码的总质量，只有如此，槽码和小盘的总重力才可视为与小车受到的拉力相等。

3．小车应靠近打点计时器且先接通电源再放手。

4．作图像时，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，舍去不予考虑。

基础过关练

题组一实验方案设计与实验操作

1.(2022辽宁沈阳期中)在研究作用力F一定时，小车的加速度a与小车(含砝码)质量M的关系的实验中，某同学安装的实验装置和设计的实验步骤如下：

A.用天平称出小车和槽码的质量

B.按图安装好实验器材

C.把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂槽码

D.将电磁打点计时器接在8V电压的蓄电池上，接通电源，释放小车，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.