實(shí)驗(yàn)專題探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系

實(shí)驗(yàn)專題：探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康奶骄考铀俣扰c物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系。二、實(shí)驗(yàn)原理(見(jiàn)實(shí)驗(yàn)原理圖)實(shí)驗(yàn)方法：控制變量法。1．保持物體質(zhì)量不變，探究加速度跟物體所受合外力的關(guān)系。2．保持物體所受合外力不變，探究加速度與物體質(zhì)量的關(guān)系。三、實(shí)驗(yàn)器材小車、砝碼、小盤、細(xì)繩、附有定滑輪的長(zhǎng)木板、墊木、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、交流電源、導(dǎo)線兩根、紙帶、天平、米尺。四、實(shí)驗(yàn)步驟1．測(cè)量：用天平測(cè)量小盤和砝碼的質(zhì)量m以及小車的質(zhì)量M。2．安裝：按照實(shí)驗(yàn)原理圖把實(shí)驗(yàn)器材安裝好，只是不把懸掛小盤的細(xì)繩系在小車上(即不給小車牽引力)。3．平衡摩擦力：在長(zhǎng)木板的不帶定滑輪的一端下面墊上一塊薄木塊，使小車能勻速下滑。4．操作：①小盤通過(guò)細(xì)繩繞過(guò)滑輪系于小車上，先通電源后放開(kāi)小車，取下紙帶編號(hào)碼。②保持小車的質(zhì)量M不變，多次改變砝碼和小盤的質(zhì)量m，重復(fù)步驟①。③在每條紙帶上選取一段比較理想的部分，測(cè)加速度a。（利用Δx＝aT2及逐差法求a）④描點(diǎn)作圖，作a－F的圖象（F=mg）。以a為縱坐標(biāo)，F(xiàn)為橫坐標(biāo)，根據(jù)各組數(shù)據(jù)描點(diǎn)，如果這些點(diǎn)在一條過(guò)原點(diǎn)的直線上，說(shuō)明a與F成正比。⑤保持砝碼和小盤的質(zhì)量m不變(F不變)，多次改變小車質(zhì)量M，重復(fù)步驟①和③，作a－圖像。(a－M圖像為曲線，化曲為直作a－圖像)以a為縱坐標(biāo)，為橫坐標(biāo)，描點(diǎn)、連線，如果該線過(guò)原點(diǎn)，就能判定a與M成反比。五、注意事項(xiàng)1．平衡摩擦力：=1\*GB3①目的：為了使小車受到的拉力近似等于小車受到的合力=2\*GB3②方法：在平衡摩擦力時(shí)，不要懸掛小盤，但小車應(yīng)連著紙帶且接通電源．用手給小車一個(gè)初速度，如果在紙帶上打出的點(diǎn)的間隔是均勻的，表明小車受到的阻力跟它的重力沿斜面向下的分力平衡。③不重復(fù)平衡摩擦力：平衡了摩擦力后，不管以后是改變小盤和砝碼的總質(zhì)量還是改變小車和砝碼的總質(zhì)量，都不需要重新平衡摩擦力。2．實(shí)驗(yàn)條件：M?m(目的：為了使小盤和砝碼的總重力近似等于小車受到的拉力。)3．一先一后一按?。焊淖兝托≤囐|(zhì)量后，每次開(kāi)始時(shí)小車應(yīng)盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，并應(yīng)先接通電源，后放開(kāi)小車，且應(yīng)在小車到達(dá)滑輪前按住小車。4．作圖：作圖時(shí)兩軸標(biāo)度比例要適當(dāng)。各量須采用國(guó)際單位，這樣作圖線時(shí)，坐標(biāo)點(diǎn)間距不至于過(guò)密，誤差會(huì)小些。六、誤差分析1．因?qū)嶒?yàn)原理不完善引起誤差。以小車為研究對(duì)象得F＝Ma，以小盤和砝碼為研究對(duì)象得mg-F＝ma；求得：=1\*GB3①；=2\*GB3②。對(duì)于=1\*GB3①式，本實(shí)驗(yàn)用小盤和砝碼的總重力mg代替小車的拉力，而實(shí)際上小車所受的拉力要小于小盤和砝碼的總重力。小盤和砝碼的總質(zhì)量越小于小車的質(zhì)量，由此引起的誤差就越小。對(duì)于=2\*GB3②式，只有滿足m《M時(shí)，m才能忽略，a－圖像才為直線；如果不滿足m《M，m就不能忽略，，a－圖像就為曲線。因此，滿足小盤和砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量的目的就是減小因?qū)嶒?yàn)原理不完善而引起的誤差。2．摩擦力平衡不準(zhǔn)確、質(zhì)量測(cè)量不準(zhǔn)確、計(jì)數(shù)點(diǎn)間距測(cè)量不準(zhǔn)確、紙帶和細(xì)繩不嚴(yán)格與木板平行都會(huì)引起誤差?！菊n前預(yù)習(xí)】1．如何測(cè)量小車質(zhì)量M？2．如何測(cè)量小車加速度a？3．如何測(cè)量小車所受外力F合？【典型例題】例題．左下圖為“探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。砂和砂桶的總質(zhì)量為m，小車和砝碼的總質(zhì)量為M。實(shí)驗(yàn)中用砂和砂桶總重力的大小作為細(xì)線對(duì)小車?yán)Φ拇笮　?1)為了使細(xì)線對(duì)小車的拉力等于小車所受的合外力，先調(diào)節(jié)長(zhǎng)木板一端滑輪的高度，使細(xì)線與長(zhǎng)木板平行，接下來(lái)還需要進(jìn)行的一項(xiàng)操作是()A．將長(zhǎng)木板水平放置，讓小車連著已經(jīng)穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶，給打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通電，調(diào)節(jié)砝碼盤和砝碼質(zhì)量的大小，使小車在砝碼盤和砝碼的牽引下運(yùn)動(dòng)，從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運(yùn)動(dòng)B．將長(zhǎng)木板水平放置，讓小車在砝碼盤和砝碼的牽引下運(yùn)動(dòng)，觀察判斷小車是否做勻速運(yùn)動(dòng)C．將長(zhǎng)木板的一端墊起適當(dāng)?shù)母叨?，讓小車連著已經(jīng)穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶，撤去砝碼盤和砝碼，給打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通電，輕推小車，從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運(yùn)動(dòng)D．將長(zhǎng)木板的一端墊起適當(dāng)?shù)母叨龋啡ゼ垘б约绊来a盤和砝碼，輕推小車，觀察判斷小車是否做勻速運(yùn)動(dòng)(2)實(shí)驗(yàn)中要進(jìn)行質(zhì)量m和M的選取，以下最合理的一組是()A．M＝200g，m＝10g、15g、20g、25g、30g、40gB．M＝200g，m＝20g、40g、60g、80g、100g、120gC．M＝400g，m＝10g、15g、20g、25g、30g、40gD．M＝400g，m＝20g、40g、60g、80g、100g、120g(3)右上圖是實(shí)驗(yàn)時(shí)打出的一條紙帶，在紙帶上標(biāo)出了5個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，在相鄰的兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有4個(gè)點(diǎn)未標(biāo)出(圖中數(shù)據(jù)的單位是cm)，交流電源頻率為50Hz，算出小車在2號(hào)計(jì)數(shù)點(diǎn)的速度為m/s，加速度a＝m/s2。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(4)=1\*GB3①甲同學(xué)在小車所受合外力不變時(shí)，改變小車的質(zhì)量，得到數(shù)據(jù)如下表所示：實(shí)驗(yàn)次數(shù)小車質(zhì)量M/kg小車加速度a/(m/s2)小車質(zhì)量的倒數(shù)1/M(kg-1)10.200.785.0020.250.624.0030.400.302.5040.600.261.6750.800.201.2561.000.161.00a．根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)，在下面坐標(biāo)系中選擇合適的橫坐標(biāo)，并描出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)，作出圖像。b.由圖像，可以得出結(jié)論為。c.小車受到的合力為。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)aFaF乙丙O=2\*GB3②乙和丙同學(xué)在保持小車質(zhì)量不變的情況下，通過(guò)多次改變對(duì)小車的拉力，由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出的a－F圖象如圖所示，乙圖線不過(guò)原點(diǎn)的原因是；丙圖線不過(guò)原點(diǎn)的原因是。(5)該實(shí)驗(yàn)中，在研究加速度a與小車的質(zhì)量M的關(guān)系時(shí)，由于沒(méi)有注意始終滿足M》m的條件，結(jié)果得到的圖象應(yīng)是圖中的()【鞏固練習(xí)】1.為了探究加速度與力的關(guān)系，使用如圖所示的氣墊導(dǎo)軌裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。其中G1、G2為兩個(gè)光電門，它們與數(shù)字計(jì)時(shí)器相連，當(dāng)滑行器通過(guò)G1、G2光電門時(shí)，光束被遮擋的時(shí)間Δt1、Δt2都可以被測(cè)量并記錄，滑行器連同上面固定的一條形遮光片、力傳感器的總質(zhì)量為M，遮光片寬度為D，光電門間距為x，牽引砝碼的質(zhì)量為m?；卮鹣铝袉?wèn)題：(1)實(shí)驗(yàn)開(kāi)始應(yīng)先調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌下面的螺釘，使氣墊導(dǎo)軌水平，在不增加其他儀器的情況下，如何判定調(diào)節(jié)是否到位？答：。(2)在此實(shí)驗(yàn)中，需要測(cè)得每一個(gè)牽引力對(duì)應(yīng)的加速度，其中求得的加速度的表達(dá)式為：