1、第三章 第2 节 理解 教材新知 把握 热点考向 考向一 考向二 应用 创新演练 随堂基础巩固 一、实验目的(1)学会用控制变量法探究物理规律。(2)探究加速度与力、质量的关系。二、实验原理1影响物体加速度的因素物体质量相同时，受到的合外力越大，加速度越大；受到的合外力越小，加速度越小。物体所受合外力一定时，质量大的物体加速度小，质量小的物体加速度大。2F与a的求法F的求法：小车质量越大，则小车所受拉力越接近砝码的重力。a的求法：在小车上连接纸带，利用打点计时器在纸带上打点记录小车的运动情况，通过测量纸带上的点迹求出加速度的大小。3探究法控制变量法加速度a和质量m、外力F都有关系。研究它们之间
2、的关系时，先保持质量不变，测量物体在不同的力的作用下的加速度，分析加速度与力的关系；再保持物体所受外力不变，测量不同质量的物体在该力作用下的加速度，分析加速度与质量的关系。这种先控制某些参量不变，研究另两个参量之间变化关系的方法叫控制变量法。三、实验器材砝码，一端有定滑轮的长木板，细绳，纸带，导线，夹子，小盘，天平，小车，打点计时器，交流电源，刻度尺。四、实验步骤(1)用天平测出小车和小盘(包括其中砝码)的质量分别为M0、m0，并把数值记录下来。(2)按图321所示将实验器材安装好(小车上不系绳)。图321(3)把长木板无滑轮的一端下面垫一薄木板，以平衡摩擦力。(4)将小盘通过细绳系在小车上，
3、接通电源放开小车，用纸带记录小车的运动情况；取下纸带并在纸带上标上号码及此时所挂小盘的重力m0g。(5)保持小车的质量不变，改变小盘(包括其中砝码)的质量重复步骤(4)多做几次实验。每次小车从同一位置释放，并记录好相应纸带。(6)保持小车所受合力不变，在小车上加砝码，并测出小车和放上砝码后的总质量M1，接通电源放开小车，用纸带记录小车的运动情况，取下纸带并在纸带上标上号码。(7)继续在小车上加放砝码，重复步骤(6)，多做几次实验，并记录好相应纸带。五、数据处理(1)把小车在不同力作用下产生的加速度填在下表中：实验次数 加速度a/(ms2)小车受力F/N 1 2 3 4 图322由以上数据画出它
4、的aF关系图像如图322所示。通过aF关系图像，我们可以得出小车的加速度a与力F成正比。(2)把不同质量的小车在相同力作用下产生的加速度填在下表中：实验次数 加速度a/(ms2)小车质量M/kg 1 2 3 4 由以上数据画出它的 aM 图像及 a 1M图像，如图323 甲、乙所示。图323通过 aM 和 a 1M关系图像，我们可以得出小车的加速度 a 与质量 M 成反比，与质量的倒数 1M成正比。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，不管以后是改变盘和砝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砝码的质量远大于小盘和砝码的
5、总质量。只有如此，砝码和小盘的总重力才可视为与小车受到的拉力相等。(3)各纸带上的加速度都应是该纸带上的平均加速度。(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地对称分布在所作直线两侧。离直线较远的点是错误数据，可舍去不予考虑。(5)小车应靠近打点计时器，且先接通电源再放手。七、误差分析(1)质量的测量、纸带上打点计时器打点间隔距离的测量、细绳或纸带不与木板平行等都会造成误差。(2)因实验原理不完善造成误差。本实验中用小盘及砝码的总重力代替小车受到的拉力(实际上小车受到的拉力要小于小盘及砝码的总重力)，存在系统误差。小盘及砝码的总质量越接近小车的质量，误差就越大；反之，
6、小盘及砝码的总质量越小于小车的质量，误差就越小。(3)平衡摩擦力不准造成误差。对实验原理和步骤的理解例1用如图324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盘的质量；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小盘；图324D将电火花打点计时器接在220 V电压的直流电源上，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保持小盘及盘内砝码的质量不变，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关系图像，并由图像确定
7、a、M关系。(1)该同学漏掉的重要实验步骤是_，该步骤应排在_步实验之后。(2)在上述步骤中，有错误的是_，应把_改为_。(3)在上述步骤中，处理不恰当的是_，应把_改为_。解析 本实验把小盘及盘内砝码的总重力看做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。电火花打点计时器接在 220 V 电压的直流电源上将无法工作，必须接在 220 V 交流电源上。作 aM 关系图像，得到的是双曲线的一支，不便于分析图像，必须“化曲为直”，改作 a 1M关系图像。答案(1)平衡摩擦力 B(2)步骤 D 220 V 电压的直流电源 220 V 交流电源(3)步骤 G 作 aM 关系图像 作 a
8、1M关系图像用图像法处理实验数据例2“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”的实验装置如图325甲所示。图325(1)在平衡小车与桌面之间摩擦力的过程中，打出了一条纸带如图乙所示。打点计时器打点的时间间隔为0.02 s。从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，量出相邻计数点之间的距离。该小车的加速度a_m/s2。(结果保留两位有效数字)(2)平衡摩擦力后，将5个相同的砝码都放在小车上。挂上砝码盘，然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中，测量小车的加速度。小车的加速度a与砝码盘中砝码总重力F的实验数据如下表：砝码盘中砝码总重力F(N)0.196 0.392 0.588 0.784 0.980
9、加速度a(ms2)0.69 1.18 1.66 2.18 2.70 请根据实验数据在图326中作出aF的关系图像。图326(3)根据提供的实验数据作出的aF图线不通过原点。请说明主要原因。解析 物体的加速度可以由纸带利用逐差法求得。由(2)可知，F 为砝码的总重力，小车受的合力还应包括砝码盘的重力。(1)x3x12aT2 T0.025 s0.1 sax3x12T2 0.16 m/s2。(2)根据所给数据描点，作出图像如图所示。(3)小车、砝码盘和砝码组成的系统所受合外力为砝码盘和砝码的总重力，而表中数据漏计了砝码盘的重力，导致合力F的测量值小于真实值，aF图像不过原点。答案(1)0.16(0.15 也算对)(2)见解析图(3)未计入砝码盘的重力