第四章 2 实验 探究加速度与力、质量的关系-【导与练】2023-2024学年高中物理必修第一册同步全程学习全书word（新教材，人教版）

2　实验:探究加速度与力、质量的关系 [定位·学习目标] 1.通过经历探究加速度与物体受力、质量的关系的设计过程,掌握用控制变量法研究物理规律的科学方法。 2.通过分析如何平衡摩擦力、减小系统误差和处理实验数据,体会探究过程的科学性和严谨性,培养运用数学方法分析物理问题的能力,培养与人合作、学会分享的团队精神。 一、实验目的 1.学会用控制变量法探索物理规律。 2.探究加速度与力、质量的关系。 二、实验原理 1.实验的基本思想——控制变量法 (1)探究加速度与力的关系:保持小车质量不变,通过改变槽码的个数改变小车所受拉力。测得不同拉力下小车运动的加速度,找出加速度与拉力的关系。 (2)探究加速度与质量的关系:保持小车所受的拉力不变,通过在小车上增加重物改变小车的质量。测得不同质量的小车在这个拉力下运动的加速度,找出加速度与质量的关系。 2.物理量的测量 (1)质量的测量:用天平测量。在小车中增减砝码的数量可改变小车的质量。 (2)加速度的测量。 ①方法1:让小车做初速度为0的匀加速直线运动,用刻度尺测量小车移动的位移x,用秒表测量发生这段位移所用的时间t,然后由a=计算出加速度a。 ②方法2:由纸带根据公式Δx=aT2,结合逐差法计算出小车的加速度。 ③方法3:不直接测量加速度,求加速度之比。例如:让两个做初速度为0的匀加速直线运动的物体的运动时间t相等,测出各自的位移x1、x2,则=,把加速度的测量转换成位移的测量。 (3)力的测量。 在阻力得到补偿的情况下,小车受到的拉力等于小车所受的合力。 ①在槽码的质量比小车的质量小得多时,可认为小车所受的拉力近似等于槽码所受的重力。 ②使用力传感器可以直接测量拉力的大小,不需要使槽码的质量远小于小车的质量。 三、实验器材 小车、砝码、槽码、细线、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、交流电源、纸带、刻度尺、天平。 四、实验步骤 1.用天平测出小车的质量M,并把数值记录下来。 2.按如图所示把实验器材安装好,纸带穿过打点计时器连在小车上(小车上先不系绳)。 3.阻力补偿:在长木板不带定滑轮的一端下面垫一垫木,反复移动垫木位置,接通打点计时器电源,轻推小车,直到小车拖动纸带能在斜面上做匀速直线运动为止(纸带上相邻点间距相等)。 4.细绳一端挂槽码,另一端绕过定滑轮系在小车上,接通电源,放开小车,在小车碰到定滑轮前停住小车,关闭打点计时器电源,取下纸带,并标上号码,据此计算出小车的加速度。 5.保持小车(含砝码)的质量不变,改变所挂槽码的总质量,重复步骤4,多做几次实验,记录所挂槽码的总重力m1g、m2g、…,并填入表1中。 　表1 次数 1 2 3 4 5 6 小车加速度 a/(m·s-2) 槽码的质量 m/kg 拉力F/N 6.保持槽码的质量不变,在小车上加放砝码,重复步骤4,多做几次实验,记录小车和砝码的总质量M1、M2、…,并填入表2中。 　表2 次数 1 2 3 4 5 6 小车加速度 a/(m·s-2) 小车(含砝码) 质量M/kg /kg-1 7.在每条纸带上选取一段比较理想的部分,利用逐差法计算出每条纸带对应的加速度的值,填入相应表格中。 8.整理实验器材,结束实验。 五、数据处理 1.由表1中记录的数据,以a为纵坐标、F为横坐标,根据数据作a-F图像(如图所示),找出规律,分析a与F的关系。 2.由表2中记录的数据,分别以a为纵坐标、M和为横坐标,根据数据作a-M图像和a-图像(如图所示),分析a与M的关系。 3.实验结论。 (1)保持物体质量不变时,物体的加速度a与所受力F成正比。 (2)在力F不变时,物体的加速度a与质量M成反比。 六、误差分析 内容 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)准确平衡阻力; (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匀分布在直线两侧,误差较大的点舍去 系统 误差 槽码受到的总重力代替小车所受的拉力 使槽码的总质量远小于小车(含砝码)的质量 七、注意事项 1.小车释放时应靠近打点计时器,且先接通电源再放开小车。 2.调节滑轮的高度,使牵引小车的细绳与长木板保持平行。 3.平衡阻力时不要挂重物,整个实验平衡阻力后,不管以后是改变槽码的个数,还是改变小车及砝码的质量,都不需要重新平衡阻力。 4.实验中必须满足小车和砝码的总质量远大于槽码的总质量。只有如此,所挂槽码受到的总重力才可视为与小车受到的拉力相等。 5.作图像时,要使