全国通用版201X201x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文档格式.docx

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（2）拉力的测量：

当砝码盘和砝码的总质量远小于小车质量的情况下，可以认为砝码盘和砝码的总重力近似等于小车所受的拉力（合外力）.

（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

图2

（1）研究加速度a和力F的关系

以加速度a为纵坐标，力F为横坐标，根据测量数据描点，然后作出图象，如图2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3所示，因为a－m图象是曲线，检查a－m图象是不是双曲线，就能判断它们之间是不是成反比关系，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

必成正比.我们采取“化曲为直”的方法，以a为纵坐标，以

为横坐标，作出a－

图象，若a－

图象是一条过原点的直线，说明a与

成正比，即a与m成反比.

图3

四、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.按如图4所示的装置把实验器材安装好（小车上先不系绳）.

图4

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.在砝码盘里放入适量的砝码，用细绳绕过定滑轮系在小车上，在小车上加放适量的砝码，用天平测出砝码盘和砝码的质量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.

表1

次数

1

2

3

4

5

6

小车加速度a/（m·

s－2）

砝码盘和砝码的质量m/kg

拉力F/N

5.保持小车的质量不变，改变砝码和砝码盘的质量，按步骤4再做5次实验.

6.用公式Δx＝aT2或a＝

求得小车的加速度a，并记录到表格中.

7.保持砝码和砝码盘的质量不变，在小车上加放砝码，重复上面的实验，求出相应的加速度，把数据记录到下面的表格中.

表2

小车质量M/kg

/kg－1

8.整理实验器材，结束实验.

五、数据处理

1.由表1中记录的数据，以a为纵坐标、F为横坐标，根据数据作a－F图象（如图5所示），找出规律，分析a与F的关系.

图5

2.由表2中记录的数据，分别以a为纵坐标、M和

为横坐标，根据数据作a－M图象和a－

图象（如图6所示），分析a与M的关系.

图6

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.打点前小车应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（填“要”或“不要”）悬挂砝码盘，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.改变砝码的质量的过程中，要始终保证砝码和砝码盘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.

一、实验原理与实验操作

例1

（1）用如图7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（含砝码）质量M的关系，甲同学设计的实验步骤如下：

图7

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小桶

D.将电磁打点计时器接在6V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.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a－M关系图象，并由图象确定a与M的关系

①甲同学漏掉的重要实验步骤是________，该步骤应排在步骤________之后.

②在上述步骤中，有错误的是步骤________，应把____________改为____________.

③在上述步骤中，处理不恰当的是步骤________，应把________改为________.

（2）乙同学根据实验要求安装的实验装置如图8（图为已接通电源刚要释放纸带的情况），请改正乙同学的五个错误.

图8

①电源________；

②电磁打点计时器位置________；

③滑轮位置________；

④小车位置________；

⑤长木板________.

答案　

（1）①平衡摩擦力　B　②D　6V电压的蓄电池　6V以下的交流电源　③G　a－M图象　a－

图象

（2）①应用6V以下的交流电源　②应靠右端　③应使细绳平行于木板　④应靠近打点计时器　⑤应垫高右端以平衡摩擦力

解析　

（1）实验中把小桶及其中砂子的重力之和看成与小车所受拉力大小相等，没有考虑摩擦力，故必须平衡摩擦力且应排在步骤B之后.电磁打点计时器接在6V电压的蓄电池上将无法工作，必须接在6V以下交流电源上.作a－M关系图象，得到的是曲线，很难进行正确的判断，必须“化曲为直”，改作a－

关系图象.

（2）电磁打点计时器应使用低压（6V以下）交流电源，且要固定在长木板无滑轮的一端，即应靠右端；

释放小车时，小车应靠近打点计时器；

连接小车的细绳应平行于木板，故应调节滑轮位置使细绳平行于木板；

实验时应平衡摩擦力，使小车所受重力沿木板方向的分力与小车所受摩擦力平衡，故应垫高长木板右端以平衡摩擦力.

【考点】实验：

【题点】实验条件控制及操作规范

二、实验数据处理

例2

　在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，某次实验测得如下数据：

当m一定时，

a与F的关系如表一所示；

当F一定时，a与

的关系如表二所示.

表一

F/N

1.00

2.00

3.00

4.00

a/（m·

1.90

3.95

5.85

7.62

表二

0.52

0.67

0.80

1.53

2.10

2.49

3.10

（1）在如图9所示的相应坐标系中，根据表一、表二所给数据作出图象.

图9

（2）由图象可以判定：

当m一定时，a与F的关系成________；

当F一定时，a与m的关系成________.

（3）在研究a与m的关系时，作了a－

图象，而没作a－m图象，那么作a－

图象的优点是________________________________.

答案　

（1）如图所示

（2）正比　反比

（3）a－m图象是曲线，难以找出规律；

a－

图象是直线，容易找出规律

【题点】实验的数据处理

三、创新实验设计

例3

　两个相同的小车并排放在光滑水平桌面上，小车前端系上细线，线的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘里分别放有不同质量的砝码（图10甲）.小车所受的水平拉力F的大小可以认为等于砝码（包括砝码盘）所受的重力大小.小车后端也系有细线，用一只夹子夹住两根细线（图乙），控制两辆小车同时开始运动和结束运动.

图10

由于两个小车初速度都是零，运动时间又相同，因为x＝

，即x∝a，所以只要测出两小车位移x之比就等于测出它们的加速度a之比.

实验结果是：

当两小车质量相同时，________________________；

当拉力F相等时，________________________.实验中用砝码（包括砝码盘）所受的重力G＝mg的大小作为小车所受拉力F的大小，这样做会引起实验误差，为了减小这个误差，G与小车所受重力Mg之间需要满足的关系是：

______.

答案　加速度与拉力成正比　加速度与质量成反比

G≪Mg

解析　实验过程中，当两小车质量相同时，砝码（包括砝码盘）重力越大，相同时间内位移越大，则加速度越大，进行实验时会发现，加速度与所受拉力成正比；

若砝码重力不变，即拉力不变时，质量越大的小车，相同时间内位移越小，即加速度越小，进行测量分析知，加速度与质量成反比.如果砝码（包括砝码盘）的重力G远小于小车的重力Mg时，G近似等于拉力F.

【题点】“探究加速度与力、质量的关系”的创新实验

1.控制变量法：

当研究多个物理量的变化规律时，为了简便，可设计保持其他物理量不变，只研究剩余两个变化物理量的关系，这种方法叫做控制变量法.两个相同的小车放在光滑水平面上，前端各系一条细绳，绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘中各放数目不等的砝码，就可以验证质量一定的条件下，加速度与力的关系.

2.对比实验法：

对比实验法在物理实验中经常用到.

两小车后端各系一条细绳，一起被一个夹子夹着而使小车静止（如图11所示）.打开夹子，两小车同时开始运动，关上夹子，两小车同时停下来.用刻度尺测出两小车通过的位移，位移之比就等于它们的加速度之比.

图11

1.（实验原理）利用如图12所示的装置探究加速度与力、质量的关系，下列说法中正确的是（　　）

图12

A.保持小车所受拉力不变，只改变小车的质量，就可以探究加速度与力、质量的关系

B.保持小车质量不变，只改变小车的拉力，就可以探究加速度与力、质量之间的关系

C.先保持小车所受拉力不变，研究加速度与力的关系；

再保持小车质量不变，研究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度与力、质量的关系

D.先保持小车质量不变，研究加速度与力的关系；

再保持小车受力不变，研究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度与力、质量的关系

答案　D

【题点】实验的思想方法

2.（实验原理）（多选）在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，关于平衡摩擦力的说法中正确的是（　　）

A.“平衡摩擦力”的本质就是使小车受到的摩擦力为零

B.“平衡摩擦力”的本质就是使小车所受的重力沿斜面方向的分力与所受到的摩擦阻力相平衡

C.“平衡摩擦力”的目的就是要使小车所受的合力等于所挂钩码通过细绳对小车施加的拉力

D.“平衡摩擦力”是否成功，可由小车拖动由打点计时器打出的纸带上的点迹间距是否均匀而确定

答案　BCD

解析　小车所受的摩擦力不可避免，平衡摩擦力的本质就是使小车的重力沿斜面方向的分力与