1、第2节 实验:探究加速度与力、质量的 关系 实验探究实验基础典例研习实验基础 解读实验萃取精华 实验探究 探寻结论提升精度 2.图像法:以拉力 F 为横坐标,加速度 a 为纵坐标,描绘 a-F 图像;以 1M为横坐标,加速度 a 为纵坐标,描绘 a-1M图像.由图线性质探究加速度与力或加速度与质量的关系.一、数据处理 1.计算法:计算加速度或加速度之比(等于位移之比)后,探究与力或质量之比有何关系.二、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)尽量减小摩擦力的影响(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
2、匀分布在直线两侧,误差较大的点舍去系统 误差小盘及重物的总重力代替小车所受的拉力使小盘和重物的总质量远小于小车的质量三、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重物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.实验中要使小车和砝码的总质量远大于小盘和重物的总质量.只有如此,重物和小盘的总重力可作为小车受到的拉力.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,要通过可能多的点作图线,不在图线上的点应尽可能对称分布在图线两侧,离图线较远的点应该舍去不予考虑.(教师参考)用气垫导轨探究加速度与力的关系 1.实验设计(1)让滑块在砝码
3、拉力的作用下做加速运动,记录下滑块通过光电门的速度、砝码的质量、两光电门间的距离.(2)保持滑块的质量不变,通过增加(或减少)砝码的数量来改变拉力的大小.重复实验三次.2.计算加速度的方法 已知滑块经过两个不同位置的速度v1和v2以及两位置间的距离x,利用a=就可以求得加速度.22212vvx3.数据的分析 设计实验表格,将滑块质量不变时的实验数据记入表格并进行分析.滑块质量M=kg 砝码的 质量 m/kg 滑块所受 拉力大小 的近似值 F/N 滑块通过 光电门1 的速度v1/(ms-1)滑块通过 光电门2 的速度v2/(ms-1)两光电 门间的 距离 x/m 滑块加速 度的计算 值a/(ms
4、-2)由数据分析得出的结论:当滑块的质量不变时,a与F成正比.4.需要说明的两个问题(1)有的仪器只能记录滑块经过光电门的时间,但这个时间很短暂,故可用v=(d是挡光片的宽度,t是挡光时间)求得滑块在不同位置的瞬时速度.(2)认为砝码的重力等于滑块受到的拉力,但这是有条件的,即滑块的质量比砝码的质量大得多,滑块的加速度不能太大.dt典例研习 通法悟道拓宽思路 类型一 实验操作及注意事项【例1】用如图所示的装置探究在作用力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桶及内部所装沙子的质量 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
5、沙桶 D.将电磁打点计时器接在6 V电压的蓄电池上,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.保持小桶及其中沙子的质量不变,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关系图像,并由图像确定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:实验中把小桶及其中沙子受到的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.电磁打点计时器接在6 V电压
6、的蓄电池上将无法工作,必须接在6 V以下交流电压的学生电源上.作a-M关系图像,得到的是双曲线,很难作出正确的判断,必须“化曲为直”,改作a-关系图像.1M答案:(1)平衡摩擦力 按图装好实验器材即B(2)步骤D 6 V电压的蓄电池 6 V以下交流电压的学生电源(3)步骤G a-M a-1M规律方法 控制变量法的应用 本实验有F,M,a三个变量,探究加速度a与F及M的关系时,我们先控制一个变量,在该实验中先控制小车的质量M不变,讨论a与F的关系;再控制沙和沙桶的质量不变,即F不变,改变小车的质量M,讨论a与M的关系.类型二 数据处理与误差分析【例2】在“探究加速度与力、质量的关系”实验中,某同
7、学使用了如图(甲)所示的装置,打点计时器的打点频率为50 Hz.(1)该同学得到一条纸带,在纸带上取连续的A,B,C,D,E,F六个计时点,如图(乙)所示,相邻两点间的距离分别为10.0 mm,12.0 mm,14.0 mm,16.0 mm,18.0 mm,则打E点时小车的速度为 m/s,打A,F两点的过程中小车的平均速度为 m/s,小车的加速度为 m/s2.解析:(1)小车在沙桶的牵引下做匀加速直线运动,由tv=2tv 可得,E 点对应的速度vE=2DFxT=316.018.01020.02ms=0.85 m/s 由 v=xt得 A,F 间的平均速度 AFv=5AFxT=310.012.01
8、4.016.018.01050.02ms=0.7 m/s;由x=aT2可得小车加速度 a=3216.018.012.014.01040.02ms=5 m/s2;答案:(1)0.85 0.7 5 答案:(2)a-(2)该同学要探究小车的加速度a和质量M的关系,应该保持拉力不变;得到多组数据,从中可猜测a与M可能成反比,为利用图像验证该猜测,他应描绘的图像是 (选填“a-M”或“a-”).1M解析:(2)在拉力一定时,a与M成反比,利用多组数据描绘的a-M图像是曲线,他可以描述a-图像,若图线为一条过原点的直线,则可说明a与M成反比;1M1M(3)该同学通过对数据的处理作出了a-F图像如图(丙)所
9、示,则 图中的直线不过原点的原因是 .此图中直线发生弯曲的原因是 .解析:(3)由图像可知,当拉力为0时小车的加速度大于0,说明平衡摩擦力时木板右端垫得偏高,使重力沿木板向下的分力大于摩擦力,即直线不过原点的原因是平衡摩擦阻力时木板倾角过大;要使绳子所挂沙桶(包括沙)的重力大小作为细绳对小车拉力的大小,必须使沙和沙桶的质量m远小于小车质量M,否则对小车拉力F小于mg,即mg对应的加速度值小,造成图线偏离原来的直线,而出现较大误差.答案:(3)平衡摩擦阻力时木板倾角过大 沙和沙桶的质量过大,不再满足mM 实验误差分析 误区警示 (1)若平衡摩擦力时,木板垫起的倾角过小,则a-F,a-图像如图(甲)、(乙)所示;(2)若平衡摩擦力时,木板垫起的倾角过大,则a-F,a-图像如图(甲)、(乙)所示.(3)若实验中没有满足M远大于m,则a-F,a-图像如图(丙)、(丁)所示.1M1M1M点击进入课时训练
