第6章 第2节 第1课时 实验探究:加速度与力、质量的关系—2020-2021鲁科版高中物理必修一讲义.doc
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1、第2节牛顿第二定律第1课时实验探究:加速度与力、质量的关系学习目标1.科学探究探究加速度与力、质量的关系2.科学方法学会用控制变量法探索物理规律一、实验原理和方法1探究加速度a与力F及质量m的关系,采用的基本方法是控制变量法(1)如图所示,保持小车的总质量不变,改变小桶内沙子的质量,从而改变细绳对小车的拉力F,测出小车的加速度,研究小车的加速度与拉力的关系(2)保持小桶和沙子的总质量不变,即细绳对小车拉力F不变,在小车上增减砝码,改变小车的总质量,测出小车对应的加速度,研究小车的加速度与其质量的关系2测量方法(1)小车与其上砝码的总质量M用天平测量(2)小车的加速度a利用打点计时器打出的纸带,
2、由saT2来计算(3)小车所受的合外力F用天平测量小桶和沙子的总质量,由Gmg来计算二、实验器材打点计时器、纸带、复写纸、小车、一端附有定滑轮的长木板、小桶、沙子、夹子、细绳、低压交流电源、导线、刻度尺、天平、砝码三、实验步骤1用天平分别测出小车的质量和小桶的质量,把数据记录下来2按如图所示安装器材3平衡摩擦力:在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块,反复移动薄木块的位置,直至不挂重物的小车在斜面上运动时可保持匀速运动状态这时小车拖着纸带运动受到的摩擦力恰好与小车所受的重力在斜面方向上的分力平衡4在小车上加放砝码,小桶里放入适量的沙子,把砝码和沙子的质量记录下来把细线系在小车上并绕过滑轮
3、悬挂小桶,先接通电源,再放开小车,打点计时器在纸带上打下一系列的点,取下纸带,在纸上写上编号5保持小车及车内砝码的质量不变,改变沙子的质量(要用天平称量),按步骤4再做几次实验,将实验时记录的数据填入表格1中6算出每条纸带对应的加速度的值并填入表格1中表格1物体的质量一定,加速度与受力的关系实验次数加速度a/(ms2)小车受力F/N12347.保持沙子和小桶的质量不变,在小车上增减砝码,重复上述步骤4,将实验时记录的数据填入表格2中8算出每条纸带对应的加速度的值并填入表格2中表格2物体受到的合外力一定,加速度与质量的关系实验次数 加速度a/(ms2)小车及车内砝码质量M/kg小车及车内砝码质量
4、的倒数/kg11234四、数据处理1探究加速度与力的关系:以a为纵坐标、F为横坐标,根据表格1中的各组数据在坐标系中描点如果这些点在一条过原点的直线上,说明a与F成正比,如图所示2.探究加速度与质量的关系:“a与M成反比”实际上就是“a与成正比”以a为纵坐标,为横坐标建立坐标系,根据表格2中的数据描点根据a图象是一条不是过原点的直线,就能判断a是不是与质量M成反比,如图所示3实验结论在误差允许的范围内:(1)物体质量一定时,物体的加速度大小与作用在物体上的合外力成正比(2)物体受到的合外力一定时,物体的加速度大小与物体的质量成反比(3)综合(1)(2)结论则有:物体的加速度大小与作用在物体上的
5、合外力成正比,与物体的质量成反比五、误差分析1系统误差(1)误差分析:本实验中所挂重物的重力为G,小车受到细线的拉力为T.由于沙桶是在加速下降,所以TG.本实验中用G代替T,故存在系统误差(2)减小误差的方法:所挂重物的质量远小于小车的总质量2偶然误差(1)误差分析:因读数不准和操作不当造成的误差质量的测量误差测量纸带上各点间的距离的误差细线或纸带与木板不平行造成的误差平衡摩擦力不够(或过度)造成的误差,该误差使作出的图象在横轴(或纵轴)上产生截距(2)减小误差的方法用天平和刻度尺测量时按照规范操作的要求进行测量和读数将纸带展开减小摩擦平衡摩擦力时,用打点法验证六、注意事项1在本实验中,必须平
6、衡摩擦力平衡摩擦力时不要挂重物平衡摩擦力后,在后面的实验中不管是改变小桶内沙子的质量还是改变小车的质量,都不需要重新平衡摩擦力2实验中,必须满足小车及小车上砝码的总质量远大于所挂小桶和沙子的质量只有这样,小桶和沙子的总重力才可以视为与小车所受细线的拉力相等3在每次实验时,从尽量靠近打点计时器的位置由静止释放小车,并且先通电后释放小车,在小车到达定滑轮位置时按住小车4利用纸带计算加速度时,应该求每条纸带上加速度的平均值5作图象时,要使尽可能多的点落在所作的直线上,不在直线上的点应尽可能均匀地分布在所作直线的两侧偏离直线较远的点可舍去不予考虑【例1】用如图所示的装置研究在作用力F一定时,小车的加速
7、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用天平称出小车和重物的质量;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重物;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保持重物的质量不变,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关系图象,并由图象确定aM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:(1)实验中
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