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第四課時實驗:加速度與力和質(zhì)量的關系
【實驗要求】
1．通過實驗研究加速度與力、加速度與質(zhì)量的關系。
2．掌握實驗數(shù)據(jù)處理的方法，能根據(jù)圖像寫出加速度與力、質(zhì)量的關系式。
【實驗原理】
1．如圖所示裝置，保持小車質(zhì)量M不變，改變小桶內(nèi)砂的質(zhì)量m，從而改變細線對小車的牽引力F(當m<2．保持小桶和砂的質(zhì)量不變，在小車上加減砝碼，改變小車的質(zhì)量M，測出小車的對應加速度a，由多組a、M數(shù)據(jù)作出加速度和質(zhì)量倒數(shù)的關系a-M-1圖線，探究加速度與質(zhì)量的關系。
【實驗器材】
小車，砝碼，小桶，砂，細線，附有定滑輪的長木板，墊塊，打點計時器，低壓交流電源，導線兩根，紙帶，托盤天平及砝碼，米尺。
【實驗步驟】
1．用調(diào)整好的天平測出小車和小桶的質(zhì)量M和m，把數(shù)據(jù)記錄下來。
2．按如圖裝置把實驗器材安裝好，只是不把掛小桶用的細線系在小車上，即不給小車加牽引力。
3．平衡摩擦力：在長木板的不帶定滑輪的一端下面墊上墊塊，反復移動墊塊的位置，直至小車在斜面上運動時可以保持勻速直線運動狀態(tài)（可以從紙帶上打的點是否均勻來判斷）。
4．在小車上加放砝碼，小桶里放入適量的砂，把砝碼和砂的質(zhì)量M'和m'記錄下來。把細線系在小車上并繞過滑輪懸掛小桶，接通電源，放開小車，打點計時器在紙帶上打下一系列點，取下紙帶，在紙帶上寫上編號。
5．保持小車的質(zhì)量不變，改變砂的質(zhì)量（要用天平稱量），按步驟4再做5次實驗。
6．算出每條紙帶對應的加速度的值。
7．用縱坐標表示加速度a，橫坐標表示作用力F，即砂和桶的總重力(m+m')g，根據(jù)實驗結(jié)果在坐標平面上描出相應的點，作圖線。探究加速度與外力的關系
8．保持砂和小桶的質(zhì)量不變，在小車上加放砝碼，重復上面的實驗，并做好記錄，求出相應的加速度，用縱坐標表示加速度a，橫坐標表示小車和車內(nèi)砝碼總質(zhì)量的倒數(shù)1/（M+M’），在坐標平面上根據(jù)實驗結(jié)果描出相應的點并作圖線。探究加速度與質(zhì)量的關系。
知識點一實驗注意事項
1．砂和小桶的總質(zhì)量不要超過小車和砝碼的總質(zhì)量的1/10，為什么？
2．在平衡摩擦力時，不要懸掛小桶，但小車應連著紙帶且接通電源。用手給小車一個初速度，如果在紙帶上打出的點的間隔是均勻的，表明小車受到的阻力跟它的重力沿斜面向下的分力平衡。
3．作圖時應該使所作的直線通過盡可能多的點，不在直線上的點也要盡可能對稱地分布在直線的兩側(cè)，但如遇個別特別偏離的點可舍去。
【例1】（廣東惠州市07屆高三第二次調(diào)研考試）在探究加速度與物體所受合外力和質(zhì)量間的關系時，采用如圖所示的實驗裝置，小車及車中的砝碼質(zhì)量用M表示，盤及盤中的砝碼質(zhì)量用m表示，小車的加速度可由小車后拖動的紙帶由打點計數(shù)器打上的點計算出：
（1）當M與m的大小關系滿足　　　時，才可以認為繩子對小車的拉力大小等于盤和砝碼的重力。
（2）一組同學在探究加速度與質(zhì)量的關系時，以下做法錯誤的是（）
A．平衡摩擦力時，應將盤及盤中的砝碼用細繩通過定滑輪系在小車上
B．每次改變小車質(zhì)量時，不需重新平衡摩擦力
C．實驗時，先放開小車，再接通打點計時器電源
D．小車運動的加速度可用天平測出m以及小車質(zhì)量M，直接用公式a＝mｇ/Ｍ求出。
（3）在保持小車及車中的砝碼質(zhì)量質(zhì)量M一定，探究加速度與所受合外力的關系時，由于平衡摩擦力時操作不當，二位同學得到的a?Ｆ關系分別如下圖Ｃ、Ｄ所示（a是小車的加速度，Ｆ是細線作用于小車的拉力）。其原因分別是：
Ｃ圖：　　　　　　　　　　　　　　　
Ｄ圖：　　　　　　
導示：（1）ｍ<<Ｍ；（2）ACD
（3）Ｃ圖：平衡摩擦力時，長木板的傾角過大了；
Ｄ圖：沒有平衡摩擦力或木板的傾角過小。
知識點二誤差分析及數(shù)據(jù)處理
【例2】在探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關系實驗中，實驗裝置如圖乙所示：
一木塊放在水平光滑長木板上，左側(cè)拴有一不可伸長的細軟線，跨過固定在木板邊緣的滑輪與一重物相連，重物的質(zhì)量為m .木塊右側(cè)與穿過打點計時器的紙帶相連，在重物牽引下，木塊在木板上向左做勻加速運動。圖甲給出了打點計時器在紙帶上打出的一些連續(xù)的點，它們之間的距離分別為S1、S2、S3、S4、S5、S6，打點計時器所用交流電周期為T。
根據(jù)給以上數(shù)據(jù)求：
（1）木塊的加速度a= .
（2）細線對木塊的拉力T= .
（3）為了減少誤差，你認為應采取什么措施？
。
導示：（1）
（2）
（3）木塊的質(zhì)量應遠大于重物的質(zhì)量，實驗前將木板右端稍墊高，直至木塊在細線未掛上重物時能沿木板勻速下滑。
【例3】（2007年物理海南卷．14）現(xiàn)要驗證“當質(zhì)量一定時，物體運動的加速度與它所受的合外力成正比”這一物理規(guī)律。給定的器材如下：一傾角可以調(diào)節(jié)的長斜面（如圖）、小車、計時器一個、米尺。
（１）填入適當?shù)墓交蛭淖�，完善以下實驗步驟（不考慮摩擦力的影響）：
① 小車自斜面上方一固定點Ａ1從靜止開始下滑至斜面底端Ａ2，記下所用的時間
② 用米尺測量Ａ1與Ａ2之間的距離s，則小車的加速度 ____________。
③ 用米尺Ａ1相對于Ａ2的高h。設小車所受重力為mg，則小車所受的合外力Ｆ＝________。
④ 改變_________________，重復上述測量。
⑤ 以h為橫坐標，為縱坐標，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作圖。如能得到一條過原點的直線，則可以驗證“當質(zhì)量一定時，物體運動的加速度與它所受的合外力成正比”這一規(guī)律。
（２）在探究如何消除上述實驗中摩擦阻力影響的過程中，某同學設計的方案是：
① 調(diào)節(jié)斜面傾角，使小車在斜面上勻速下滑。測量此時Ａ1點相對于斜面底端Ａ2的高度ho。
② 進行（1）中的各項測量。
③ 計算與作圖時用（h－h(huán)o）代替h�！�
對此方案有以下幾種評論意見：
Ａ. 方案正確可行
Ｂ. 方案的理論依據(jù)正確，但利用所給的器材無法確定小車在斜面上是否做勻速運動。
Ｃ. 方案的理論依據(jù)有問題，小車所受摩擦力與斜面傾角有關。
其中合理的意見是________。
導示：（１）�、� 　　③ 　�、苄泵鎯A角（或填h的數(shù)值）
（２）Ｃ。
知識點三實驗的拓展與延伸
【例4】（08’揚州三校聯(lián)考）一打點計時器固定在斜面上某處，一小車拖著穿過打點計時器的紙帶從斜面上滑下，如圖所示．打出的紙帶的一段如圖所示．
（1）已知打點計時器使用的交流電頻率為50HZ，利用紙帶圖給出的數(shù)據(jù)可求出小車下滑的加速度a= ．
（2）為了求出小車在下滑過程中所受的阻力，還需測量的物理量有。用測得的量及加速度a表示阻力的計算式為f= ．
導示：（1）a=4.0m/s2。
（2）斜面傾角（或斜面的長和對應的高）；
f=mgsinα-ma。
1、在本實驗中，關于器材的選擇和安放，下列說法中正確的是（）
A、可以用砂桶代替鉤碼拉動小車運動
B、必須將長木板水平放置在桌面上
C、打點計時器所用電源電壓只要在4V-6 V間就可以。因此，如果無學生電源，可用4節(jié)干電池代替
D、所掛鉤碼重力應大于小車的重力
2、在“探究加速度與力、質(zhì)量的關系”的實驗時：
（1）我們已經(jīng)知道，物體的加速度（a）同時跟合外力（F）和質(zhì)量（m）兩個因素有關。要研究這三個物理量之間的定量關系的基本思路是
；
（2）小薇同學的實驗方案如圖所示，
為了用細線的拉力表示小車受到的合外力，還應該采取的措施是。在滿足的條件下，可以通過測量來表示小車受到的合外力；
（3）小薇同學采用上述實驗方案，并利用公式計算加速度，則在實驗操作中應采取的措施是：；為了使誤差盡量小，你認為運用公式計算小車加速度更合理；
（4）針對小薇同學的實驗設計、實驗操作、數(shù)據(jù)采集與處理，就其中的某一點，提出你有別于小薇同學設計或處理方法：。
答案：1、A
2、（1）先保持m不變，研究a與F的關系，再保持F不變，研究a與m的關系；
（2）把木板的末端墊起適當高度以平衡摩擦力。砂和桶的質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量，砂和桶的重力；
（3）先打開電源，再釋放小車； △S=aT2
（4）采用氣墊導軌以減小摩擦力；利用"光電門"和計算機連接直接得到加速度，利用v-t圖像計算加速度；用彈簧秤測量砂和桶的重力；用力和加速度的比值是否不變來處理數(shù)據(jù)，等等。

本文來自：逍遙右腦記憶 http://m.douzifanli.com/gaosan/81084.html

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