2024_2025学年高中物理第四章牛顿运动定律2实验：探究加速度与力质量的关系学案新人教版必修1.docVIP

PAGE

PAGE13

试验：探究加速度与力、质量的关系

一、试验目的

1．学会用限制变量法探讨物理规律。

2．会测量加速度、力和质量，能作出物体运动的a-F、图象。

3．会通过试验探究加速度与力、质量的定量关系。

二、试验器材

电磁打点计时器、纸带、复写纸、小车、薄垫片、一端附有定滑轮的长木板、槽码、夹子、细绳、低压沟通电源、导线、天平(带有一套砝码)、毫米刻度尺。

薄垫片作用是什么？

提示：用来平衡摩擦力的。

三、试验原理与设计

1．试验的基本思想——限制变量法：

(1)变量的限制要求：

在物理试验中，要留意限制试验过程中的不同变量。

(2)设计思路：

①若探讨加速度与受力的关系，应限制质量不变。

②若探讨加速度与物体质量的关系，应限制受力不变。

(3)试验思想的拓展。

这种限制一些物理量不变，先分别探讨待测量与其中一个物理量的关系，再综合解决问题的限制变量法，被广泛应用于科学探讨中。

2．试验原理：

(1)保持小车质量M不变。

通过增减槽码的方式变更作用于小车的力F，测出小车相应的加速度a，则可得a与F的关系。

(2)保持拉力F不变。

通过在小车上增减槽码的方式变更小车的质量M，测出相应的加速度a，则可得a与M的关系。

3．试验设计——三个物理量的测量方法：

(1)拉力的测量。

①平衡小车所受阻力。

a．将木板一端垫高。

b．使小车不挂重物时能匀速运动。

c．这种状况下，小车重力沿斜面的分力恰好抵消其所受摩擦力及其他阻力。

②使小车所受拉力等于槽码的重力。

只有所挂槽码的质量远小于小车的质量时，才可近似认为槽码的重力等于对小车的拉力，即F≈mg。

(2)探讨对象质量的测量。

①利用天平测出小车的质量。

②为了变更小车质量，可在小车中增减槽码。

(3)加速度的测量。

①原理：放在长木板上的小车在拉力的作用下做匀加速直线运动，即Δx＝aT2。

②应用刻度尺测量计数点之间的距离。

③利用逐差法计算对应加速度大小。

试验步骤

1．安装试验器材：将小车置于带有定滑轮的木板上，将纸带穿过打点计时器后挂在小车尾部。

2．平衡摩擦力：用薄垫片将木板一端垫高，调整其倾斜程度，直到小车运动时打点计时器在纸带上打出的点分布匀称为止。

3．悬挂槽码：在细线一端挂上槽码，另一端通过定滑轮系在小车前端。

4．收集纸带数据：将小车靠近打点计时器后开启打点计时器，并让小车由静止释放。打点计时器在纸带上打出一系列点，据此计算出小车的加速度。

5．变更小车受力：

(1)保持小车的质量不变，通过增加槽码的数量，增加槽码的总质量(总质量仍远小于小车质量)。

(2)重复步骤4，多做几次试验，并记录好相应纸带的编号及所挂槽码的总重力m2g、m3g……

6．变更小车质量：

(1)保持槽码(小车所受的拉力)不变，通过增加或削减小车上的槽码的方式，变更小车的质量，接通电源后放开小车，用纸带记录小车的运动状况。取下纸带，并在纸带上标上号码及小车和车上槽码的总质量M。

(2)接着在小车上增加槽码，重复步骤6，多做几次试验，在每次试验得到的纸带上标上号码及小车和车上槽码的总质量M2、M3……

7．求加速度：用公式Δx＝aT2或a＝eq\f(2x,T2)，求得小车的加速度a，将得到的数据填入相应表格中，以便进行数据处理。

试验过程中哪些操作是为了保证小车所受合外力等于槽码的重力？

提示：①平衡摩擦力；

②使细线与长木板平行；

③槽码的质量远小于小车的质量。

数据收集与分析

1．列F、a数据收集表：

把小车在不同力作用下产生的加速度填在表中：

物理量

1

2

3

4

5

6

作用力(小盘和槽码的重力)

加速度a

2.作a-F图象的方法：以a为纵坐标、F为横坐标，依据数据作a-F图象，用直线拟合测量点，找出规律，分析a与F的关系。

3．列M、a数据收集表格：

把不同质量的小车(小车和车上槽码)在相同的作用力下产生的加速度填入表中：

物理量

1

2

3

4

5

6

小车和车上槽码质量M

eq\f(1,M)

加速度a

4.作a-eq\f(1,M)图象的方法：分别以a为纵坐标、M和eq\f(1,M)为横坐标，依据数据作a-M图象和a-eq\f(1,M)图象，分析a与M的关系。

5．试验结论：

(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。

为什么在探讨加速度与质量的关系时，不作a-M图象，

而是作a-eq\f(1,M)图象？

提示：因为a-M图象的图线不是线性关系，转化为a-eq\f(1,M)图象后为线性关系，使物理量之间的关系更直观。

误差分析

1．试验原理不完善造成系统误差：

(1)产生缘由：试验中用槽码的重力代替小车受到的拉力(事实上小车受到的拉力要