【物理】2018届一轮复习人教版实验：探究加速度与力、质量的关系学案 4页

第13讲 实验：探究加速度与力、质量的关系 ‎【教学目标】‎ ‎1.学会用控制变量法研究物理规律.‎ ‎2.学会灵活运用图象法处理物理问题的方法.‎ ‎3.探究加速度与力、质量的关系，并验证牛顿第二定律．‎ ‎ ‎ ‎【教学过程】‎ ‎【实验目的】‎ ‎1．学会用控制变量法研究物理规律。‎ ‎2．探究加速度与力、质量的关系。‎ ‎3．掌握利用图象处理数据的方法。‎ ‎【实验原理】‎ 探究加速度a与力F及质量M的关系时，应用的基本方法是控制变量法，即先控制一个参量——小车的质量M不变，讨论加速度a与力F的关系，再控制小盘和砝码的质量不变，即力F不变，改变小车质量M，讨论加速度a与M的关系。‎ ‎【实验器材】‎ 打点计时器；纸带及复写纸；小车；一端附有定滑轮的长木板；小盘和砝码；细绳；低压交流电源；导线；天平；刻度尺。‎ ‎【实验步骤】‎ ‎1．用天平测量小盘的质量m0和小车的质量M0。‎ ‎2．按图所示把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细绳系在小车上(即不给小车加牵引力)。‎ ‎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板，反复移动薄木板的位置，直至小车在斜面上运动时可以保持匀速直线运动状态。这时，小车拖着纸带运动时受到的摩擦阻力恰好与小车所受的重力在斜面方向上的分力平衡。‎ ‎4．把小车停在打点计时器处，并在小盘内放入适量的砝码，挂上小盘和砝码，先接通电源，再让小车拖着纸带在木板上匀加速下滑，打出一条纸带。‎ ‎5．改变小盘内砝码的个数，重复步骤(4)，并多做几次。‎ ‎6．保持小盘内的砝码个数不变，在小车上放上砝码改变小车的质量，让小车在木板上滑动打出纸带。‎ ‎7．改变小车上砝码的个数，重复步骤(6)。‎ ‎【数据处理】‎ ‎1．保持小车质量不变时，计算各次小盘和砝码的重力(作为小车的合力)及对应纸带的加速度填入表(一)中。‎ 表(一)‎ 实验次数 加速度a/(m·s－2)‎ 小车受力F/N ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎2.保持小盘内的砝码个数不变时，计算各次小车和砝码的总质量及对应纸带的加速度，填入表(二)中。‎ 表(二)‎ 实验次数 加速度 a/(m·s－2)‎ 小车和砝码的总质量M/kg ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎3．需要记录各组对应的加速度a与小车所受牵引力F，然后建立直角坐标系，用纵坐标表示加速度a，横坐标表示作用力F，描点画a－F图象，如果图象是一条过原点的直线，便证明加速度与作用力成正比。再记录各组对应的加速度a与小车和砝码总质量M，然后建立直角坐标系，用纵坐标表示加速度a，横坐标表示总质量的倒数，描点画a－图象，如果图象是一条过原点的直线，就证明了加速度与质量成反比。‎ ‎【误差分析】‎ ‎1．因实验原理不完善造成误差：本实验中用小盘和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和砝码的总重力)，存在系统误差。‎ ‎2．摩擦力平衡不准确、质量测量不准确、计数点间距测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差。‎ ‎【注意事项】‎ ‎1．在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细线系在小车上，即不要给小车加任何牵引力，并要让小车拖着打点的纸带运动。‎ ‎2．实验步骤2、3不需要重复，即整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变小盘和砝码的总质量还是改变小车和砝码的总质量，都不需要重新平衡摩擦力。‎ ‎3．每条纸带必须在满足小车与车上所加砝码的总质量远大于小盘和砝码的总质量的条件下打出。只有如此，小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力。‎ ‎4．改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，再放开小车，且应在小车到达滑轮前按住小车。‎ ‎5．一先一后一按住：改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，再放开小车，且应在小车到达定滑轮前按住小车。‎ ‎6．作图：作图时，两坐标轴的比例要适当，要使尽可能多的点落在所作直线上，不在直线上的点应尽可能对称地分布在所作直线两侧。‎ ‎【典型例题】“用DIS研究加速度与力的关系”的实验装置如图甲所示，实验中用所挂钩码的重量作为细线对小车的拉力F。通过增加钩码的数量，多次测量，可得小车运动的加速度a和所受拉力F的关系图象。他们在轨道水平和倾斜的两种情况下分别做了实验，得到了两条a F图线，如图乙所示。‎ ‎(1)图线________(选填“①”或“②”) 是在轨道右侧抬高成为斜面情况下得到的；‎ ‎(2)在轨道水平时，小车运动的阻力Ff＝________ N；‎ ‎(3)图乙中，拉力F较大时，a F图线明显弯曲，产生误差。为避免此误差可采取的措施是________。‎ A．调整轨道的倾角，在未挂钩码时使小车能在轨道上匀速运动 B．在增加钩码数量的同时在小车上增加砝码，使钩码的总质量始终远小于小车的总质量 C．将无线力传感器捆绑在小车上，再将细线连在力传感器上，用力传感器读数代替钩码的重力 D．更换实验中使用的钩码规格，采用质量较小的钩码进行上述实验 ‎【答案】(1)①　(2)0.5　(3)C ‎【解析】(1)在水平轨道上，由于受到摩擦力，拉力不为零时，加速度仍然为零，可知图线②是在轨道水平的情况下得到的。当轨道的右侧抬高过高时，(平衡摩擦力过度)，拉力等于零时，会出现加速度，所以图线①是在轨道右侧抬高成为斜面情况下得到的。‎ ‎(2)根据牛顿第二定律得F－Ff＝ma，a＝－，图线的斜率表示质量的倒数；因为F＝0.5 N时，加速度为零，解得Ff＝0.5 N。‎ ‎(3)由于开始段a F关系为一倾斜的直线，所以在质量不变的条件下，加速度与外力成正比；由实验原理mg＝Ma，得a＝＝，而实际上a′＝，可见AB段明显偏离直线是由于没有满足M≫m造成的。所以更换实验中使用的钩码规格，采用质量较小的钩码进行上述实验，可以减小弯曲的程度，而将无线力传感器捆绑在小车上，再将细线连在力传感器上，用力传感器读数代替钩码的重力可以避免出现这种情况，C正确。‎