第6章 第2节 第1课时 实验探究：加速度与力、质量的关系-2021-2022学年高中物理必修1【名师导航】同步Word教参(鲁科版)

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，由Δs＝aT2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G＝mg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/(m·s－2) 小车受力F/N 1 2 3 4 7.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/(m·s－2) 小车及车内砝 码质量M/kg 小车及车内砝码 质量的倒数/kg－1 1 2 3 4 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． 为横坐标建立坐标系，根据表格2中的数据描点．根据a­成正比”．以a为纵坐标， 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T<G.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． ①质量的测量误差． ②测量纸带上各点间的距离的误差． ③细线或纸带与木板不平行造成的误差． ④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 ①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． ②将纸带展开减小摩擦． ③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．