内容发布更新时间 : 2024/12/25 22:50:45星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
5.2 探究加速度与力、质量的关系
[目标定位] 1.学会用控制变量法研究物理规律.2.会测量加速度、力和质量,能作出物体1
运动的a-F、a-图像.3.通过实验探究加速度与力、质量的定量关系.
m一、实验器材
小车、砝码、小桶、砂、细线、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、学生电源、纸带、刻度尺、天平. 二、实验原理
实验的基本思想——控制变量法
1.保持研究对象即小车的质量不变,改变小桶内砂的质量,即改变作用力,测出小车的对应加速度,验证加速度是否正比于作用力.
2.保持小桶中砂的质量不变,即保持作用力不变,改变研究对象的质量,测出对应不同质量的加速度,验证加速度是否反比于质量. 三、实验方案的设计
1.三个物理量的测量方法——近似法
本实验的研究对象:放在长木板上的小车在拉力的作用下做匀加速直线运动.(装置如图1所示).
图1
(1)小车质量的测量
利用天平测出,在小车上增减砝码可改变小车的质量. (2)拉力的测量
当小桶和砂的质量远小于小车的质量时,可以认为小桶和砂的重力近似等于对小车的拉力,即F≈mg.
(3)加速度的测量:逐差法.
2.实验数据的处理方法——图像法、“化曲为直”法
1
(1)研究加速度a和力F的关系
图2
以加速度a为纵坐标,以力F为横坐标,根据测量数据描点,然后作出图像,如图2所示,若图像是一条通过原点的直线,就能说明a与F成正比. (2)研究加速度a与物体质量m的关系
如图3甲所示,因为a-m图像是曲线,检查a-m图像是不是双曲线,就能判断它们之间是1
不是反比例关系,但检查这条曲线是不是双曲线,相当困难.若a和m成反比,则a与必
m11
成正比.我们采取“化曲为直”的方法,以a为纵坐标,以为横坐标,作出a-图像,若
mma-图像是一条直线,如图乙所示,说明a与成正比,即a与m成反比. mm11
图3
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.按图4所示的装置把实验器材安装好.
图4
3.平衡摩擦力:在长木板不带定滑轮的一端下面垫一木块,多次移动木块位置,直到轻推小车,使小车在斜面上运动时可保持匀速直线运动为止.
4.在小桶里放入适量的砂,在小车上加放适量的砝码,用天平测出小桶和砂的质量m,并记录下来.接通电源,放开小车,待打点计时器在纸带上打好点后取下纸带. 5.保持小车的质量不变,改变砂和小桶的质量,按步骤4再做5次实验.
6.在每条纸带上选取一段比较理想的部分,算出每条纸带对应的加速度的值并记录在表格
2
的相应位置.
次数 小车加速度a/(m·s) 砂和小桶的质量m/kg 拉力F/N
7.用纵坐标表示加速度a,横坐标表示作用力F,根据实验结果画出小车运动的a-F图像,从而得出a-F的关系.
8.保持砂和小桶的质量不变,在小车上增减砝码,重复上面的实验,求出相应的加速度,1
并设计表格如下.根据实验结果画出小车运动的a-图像,从而得出a-M的关系.
-21 2 3 4 5 6 M次数 小车加速度a/(m·s) 小车质量M/kg 1-1/kg -21 2 3 4 5 6 M
9.整理实验器材,结束实验. 五、注意事项
1.实验中应先接通电源后释放小车.
2.在平衡摩擦力时,不要悬挂小桶,但小车应连着纸带且接通电源.用手轻轻地给小车一个初速度,如果在纸带上打出的点的间隔均匀,表明小车受到的阻力跟它受到的重力沿斜面向下的分力平衡.
3.改变砂的质量过程中,要始终保证砂桶(包括砂)的质量远小于小车的质量.
4.作图时应使所作的直线通过尽可能多的点,不在直线上的点也要尽可能的分布在直线的两侧,但若遇到个别偏离较远的点可舍去.
例题 某实验小组利用图5所示的装置探究加速度与力、质量的关系.
图5
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