實驗教案15研究加快度與物體質量、物體受力的關系實驗目的1．學會用控制變量法研究物理規律．2．研究加快度與物體質量、物體受力的關系．3．掌握靈巧運用圖象辦理問題的方法．實驗原理研究加快度a與力F、質量M的關系時，應用的基本方法是__________，即先控制一個參量——小車的質量M不變，議論加快度a與力F的關系；再控制小盤和砝碼的質量不變，即力

F不變，改變小車質量

M，議論加快度

a與質量

M的關系．實驗器械打點計時器、復寫紙片和紙帶、一端有定滑輪的長木板、小車、小盤、

______電、______、砝碼、

________、導線．實驗步驟一、測質量1．用天平測出小車和砝碼的總質量

M，小盤和砝碼的總質量

m，把丈量結果記錄下．二、儀器安裝及均衡摩擦力2．按圖1把實驗器械安裝好，不過不把懸掛小盤的細繩系在車上，即不給小車加牽引力．圖13．均衡摩擦力：在長木板不帶定滑輪的一端下邊墊一塊木板．頻頻挪動木板的地點，直至小車拖著紙帶在斜面上運動時能夠保持__________運動狀態．這時，小車遇到的摩擦阻力恰巧與小車所受的重力

__________的分力均衡．三、保持小車的質量不變，研究

a與F的關系4．把細繩系在小車上并繞過定滑輪懸掛小盤，先__________再____________，打點計時器在紙帶上打下一系列的點，打完點后切斷電，取下紙帶，在紙帶上標上紙帶號碼．5．保持小車和砝碼的質量不變，在小盤里放入適當的砝碼，把小盤和砝碼的總質量m′記錄下，重復步驟4.在小盤內再放入適當砝碼，記錄下小盤和砝碼的總質量m″，再重復步驟4，重復三次，獲得三條紙帶．6．在每條紙帶上都選用一段比較理想的部分，注明計數點，丈量計數點間的距離，算出每條紙帶上的加快度的值，并記錄在表格(一)內．表(一)小車受力實驗次數加快度a/(m·s－2)F/N1234四、保持小盤和砝碼的質量不變，研究a與M的關系7．保持小盤內的砝碼個數不變，在小車上放上砝碼改變小車的質量，讓小車在木板上滑動打出紙帶．計算砝碼和小車的總質量M，并由紙帶計算出小車對應的加快度．改變小車上砝碼的個數，重復步驟7，并將所對應的質量和加快度填入表(二)中．表(二)小車和砝碼的實驗次數加快度a/(m·s－2)總質量M/g123數據辦理1．需要計算各樣狀況下所對應的小車加快度，可使用“研究勻變速直線運動”的方法：先x在紙帶上注明計數點，丈量各計數點間的距離，依據公式a＝T2計算加快度．圖22．(1)依據表(一)，用縱坐標表示加快度a，橫坐標表示作使勁F，作使勁的大小F等于小盤和砝碼的總重力，依據實驗結果在座標平面上描出相應的點，假如這些點是在一條過原點的直線上，便證了然加快度

a與作使勁

F成正比．如圖

2所示．(2)依據表(二)．用縱坐標表示加快度a，橫坐標表示小車和砝碼的質量M，依據實驗結果在座標平面上描出相應的點，發現這些點落在一條近似反比函數的曲線上．我們猜想，a與可能成反比．為了查驗猜想的正確性，再用縱坐標表示加快度a，橫坐標表示小車和砝碼總質量的倒數，依據實驗結果在座標平面上描出相應的點．假如這些點落在一條過原點的直線上，就證了然加快度與質量成反比．(如圖3所示)

M圖3注意事項1．必定要做好均衡摩擦力的工作，也就是調出一個適合的斜面，使小車的重力沿著斜面方向的分力正好均衡小車遇到的摩擦阻力．在均衡摩擦力時，不要把懸掛小盤的細線系在小車上，即不要給小車加任何牽引力，并要讓小車拖著打點的紙帶運動．2．實驗步驟2、3不需要重復，即整個實驗均衡了摩擦力后，不論此后是改變小盤和砝碼的總質量仍是改變小車和砝碼的總質量，都不需要從頭均衡摩擦力．3．每條紙帶一定在知足小車與車上所加砝碼的總質量遠大于小盤和砝碼的總質量的條件下打出．只有這樣，小盤和砝碼的總重力才可視為小車遇到的拉力．4．改變拉力和小車質量后，每次開始時小車應盡量湊近打點計時器，并應先接通電，再松開小車，且應在小車抵達滑輪前按住小車．偏差剖析1．質量的丈量偏差，紙帶上打點計時器打點間隔距離的丈量偏差，拉線或紙帶不與木板平行等都會造成偏差．2．因實驗原理不完美造成偏差：本實驗頂用小盤和砝碼的總重力取代小車遇到的拉力(實際上小車遇到的拉力要小于小盤和砝碼的總重力)，存在系統偏差．小盤和砝碼的總質量越湊近小車的質量，偏差就越大；反之，小盤和砝碼的總質量越小于小車的質量，偏差就越小．3．均衡摩擦力不正確造成偏差：在均衡摩擦力時，除了不掛小盤外，其余的都跟正式實驗同樣(比方要掛好紙帶、接通打點計時器)，勻速運動的標記是打點計時器打出的紙帶上各點的距離相等．題型一對實驗原理的理解【例1】如圖4圖4所示的實驗裝置能夠研究加快度與力、質量的關系，小車上固定一個盒子，盒子內盛有沙子．沙桶的總質量(包含桶以及桶內沙子質量)記為m，小車的總質量(包含車、盒子及盒內沙子質量)記為M.(1)考證在質量不變的狀況下，加快度與合外力成正比；從盒子中拿出一些沙子，裝入沙桶中，稱量并記錄沙桶的總重力mg，將該力視為合外力F，對應的加快度a則從打下的紙帶上當算得出．多次改變合外力F的大小，每次都會獲得一個相應的加快度．本次實驗中，桶內的沙子取自小車中，故系統的總質量不變．以合外力F為橫軸，以加快度a為縱軸，畫出a—F圖象，圖象是一條過原點的直線．a—F圖象斜率的物理意義是______________________________________．②你以為把沙桶的總重力mg看作合外力F能否合理？答：________.(填“合理”或“不合理”)③本次實驗中，能否應當知足M?m這樣的條件？答：________(填“是”或“否”)；原由是_____________________________________．(2)考證在合外力不變的狀況下，加快度與質量成反比；保持桶內沙子質量m不變，在盒子內增添或去掉一些沙子，考證加快度與質量的關系．本次實驗中，桶內的沙子總質量不變，故系統所受的合外力不變．用圖象法辦理數據時，以加快度a為縱軸，應當以____________的倒數為橫軸．題型二實驗數據的辦理【例2】某學習小組的同學在用打點計時器研究物體的加快度與物體的質量之間的關系實驗中，不改變拉力，只改變物體的質量，獲得了以下表所示的幾組數據，此中第3組數據還未算出加快度，但對應當組已打出了紙帶，如圖5所示(長度單位：cm)，圖中各點為每5個打點選出的計數點(兩計數點間還有4個打點未標出)．圖5實驗次數123456小車質量(g)200300400500600700小車加快度2.001.330.790.670.40(m/s2)小車質量的5.003.332.502.001.671.00倒數(－1)g(1)請由紙帶上的數據，計算出缺乏的加快度值并填入表中(小數點后保存兩位小數)．(2)請在圖6中成立適合的坐標，將表中各組數據用小黑點描在座標紙上，并作出光滑的圖線．圖6(3)由圖象得出的結論是：_______________________________________________________________________________________________________.1．在利用打點計時器和小車做“研究加快度與力、質量的關系”的實驗時，以下說法中正確的是()A．均衡摩擦力時，應將砝碼盤及盤內砝碼經過定滑輪系在小車上B．連結砝碼盤和小車的細繩應跟長木板保持平行C．均衡摩擦力后，長木板的地點不可以挪動D．小車開釋前應湊近打點計時器，且應先接電再開釋小車2．用如圖7甲所示的裝置做“考證牛頓第二定律”實驗時，甲同學依據實驗數據畫出的小車的加快度a和小車所受拉力F的圖象為圖中的直線Ⅰ，乙同學畫出的a－F圖象為以下圖中的直線Ⅱ.直線Ⅰ、Ⅱ在縱軸或橫軸上的截距較大，顯然高出了偏差范圍，下邊給出了對于形成這類狀況的四種解說，此中可能正確的選項是()圖7A．實驗前甲同學沒有均衡摩擦力B．甲同學在均衡摩擦力時，把長木板的尾端抬得過高了C．實驗前乙同學沒有均衡摩擦力D．乙同學在均衡摩擦力時，把長木板的尾端抬得過高了3．“研究加快度與物體質量、物體受力的關系”的實驗裝置如圖8甲所示．圖8(1)在均衡小車與桌面之間摩擦力的過程中，打出了一條紙帶如圖乙所示．計時器打點的時間間隔為0.02s，從比較清楚的點起，每5個點取一個計數點，量出相鄰計數點之間的距離．該小車的加快度a＝________m/s2.(結果保存兩位有效數字)(2)均衡摩擦力后，將5個同樣的砝碼都放在小車上．掛上砝碼盤，而后每次從小車上取一個砝碼增添到砝碼盤中，丈量小車的加快度．小車的加快度a與砝碼盤中砝碼總重力F的實驗數據以下表：砝碼盤中砝碼總重力F(N)加快度2.70a(m·s－2)請依據實驗數據作出a－F的關系圖象．(如圖9所示)圖9(3)依據供給的實驗數據作出的a－F的圖線不經過原點．請說明主要原由．4．如圖10所示為某同學研究加快度與力和質量關系的實驗裝置，兩個同樣質量的小車放在圓滑水平板上，前端各系一條細繩，繩的一端越過定滑輪各掛一個小盤，盤中可放砝碼．兩小車后端各系一條細繩，一同被夾子夾著使小車靜止．翻開夾子，兩小車同時開始運動；關上夾子，兩小車同時停下，用刻度尺測出兩小車的位移，下表是該同學在幾次實驗中記錄的數據．圖10實驗小車質小盤質車中砝碼盤中砝碼小車位車號移(cm)次數量(g)量(g)質量(g)質量(g)甲501000151501001030乙甲501001027.525010501014乙甲50100018350101010乙請回答下述問題：(1)在每一次實驗中，甲、乙兩車的位移之比等于______之比，請簡要說明實驗原理________________________________________________________________________；(2)第一次實驗是控制了____________不變的，在實驗偏差范圍內可得出結論是：________________________________________________________________________；(3)第二次實驗是控制了____________不變的，在實驗偏差范圍內可得出結論是：________________________________________________________________________；(4)第三次實驗時，該同學先丈量了甲車的位移，再依據前兩次實驗結論，計算出乙車應當發生的位移，而后再丈量了乙車的位移，結果他快樂地發現，理論的預知與實質切合得相當好．請問，他計算出的乙車位移應當是________________．5．某實驗小組利用如圖11所示的實驗裝置研究當合外力一準時，物體運動的加快度與其質量之間的關系．圖11(1)由圖中刻度尺讀出兩個光電門中心之間的距離＝

24cm，由圖

12中游標卡尺測得遮光條的寬度

d＝________

cm.該實驗小組在做實驗時，將滑塊從圖

11所示地點由靜止開釋，由數字計時器能夠讀出遮光條經過光電門

1的時間

t1，遮光條經過光電門

2的時間

t2，則滑塊經過光電門

1時的剎時速度的表達式

v1＝____________，滑塊經過光電門

2時的剎時速度的表達式

v2＝________，則滑塊的加快度的表達式

a＝________.(以上表達式均用字母表示)圖12(2)在本次實驗中，實驗小組經過改變滑塊質量總合做了

6組實驗，獲得如表所示的實驗數據．經過剖析表中數據后，你得出的結論是

___________________________________.m(g)

a(m/s2)2502.023001.653501.334001.255001.008000.63(3)現需經過圖象進一步考證你的結論，請利用表格數據，在圖13坐標系中描點作出相應圖象．圖136．為了研究加快度與力的關系，使用如圖14所示的氣墊導軌裝置進行實驗．此中G1、G2為兩個光電門，它們與數字計時器相連，當滑行器經過G1、G2光電門時，光束被遮擋的時間t1、

t2都能夠被丈量并記錄．

滑行器連同上邊固定的一條形擋光片的總質量為

M，擋光片寬度為

D，光電門間距離為，牽引砝碼的質量為

m.回答以下問題：圖14(1)實驗開始應先調理氣墊導軌下邊的螺釘，負氣墊導軌水平，在不增添其余儀器的狀況下，怎樣判斷調理能否到位？(2)若取M＝0.4g，改變m的值，進行多次實驗，以下m的取值不適合的一個是________．A．m1＝5gB．m2＝15gC．m3＝40gD．m4＝400g(3)在此實驗中，需要測得每一個牽引力對應的加快度，此中求得的加快度的表達式為：________________(用t1、t2、D、表示)．實驗教案15研究加快度與物體質量、物體受力的關系【基礎自主落實】實驗原理控制變量法實驗器械溝通天平刻度尺實驗步驟二、3.勻速直線在斜面方向上三、4.接通電松開小車【熱門題型精析】1例1(1)①M＋m②合理③否因為實驗的研究對象是整個系統，系統遇到的合外力就等于mg(2)M＋m分析(1)將車內的沙子轉移到桶中，就保證了M＋m不變，即系統的總質量不變，研究對F合mg1象是整個系統，a＝M＋m＝M＋m，可見a—F圖象斜率的物理意義是M＋m，系統的合外力就等于所懸掛沙桶的重力mg，不用知足M?m這樣的條件．(2)向小車內增添或去掉部分沙子，是改變系統的總質量M＋m，而系統的合外力仍等于所懸掛沙桶的重力mg，保證了合外力不變．例2(1)0.99(2)看法析圖(3)在拉力一準時，物體的加快度與質量成反比(與質量的倒數成正比)分析(1)a的計算利用逐差法xCD－xOAxDE－xABxEF－xBCa＝9T2＝xCD＋xDE＋xEFxOA＋xAB＋xBC92T＝xOF－2xOC9T220.98－2×6.032m/s2＝2×10－9×0.10.99m/s2(2)描點畫圖，以下圖．1(3)由圖象知a－M圖象是一條直線，即在拉力一準時，物體的加快度與質量成反比．【課時成效檢測】1．BCD

[此題考察實驗過程中應注意的事項，選項

A中均衡摩擦力時，不可以將砝碼盤及盤內砝碼

(或小桶

)經過細繩系在小車上，

A錯；選項

B、C、D

切合正確的操作方法．

]2．BC3．(1)0.16(2)看法析(3)忘掉加入砝碼盤的重力分析(1)由題意可知計數間隔T＝5T0＝0.1s.由＝aT2和＝0.16cm＝1.6×10－3m可得a＝0.16m/s2.(2)a－F圖線以下圖．(3)均衡小車與桌面之間的摩擦力，a－F圖象仍不經過原點，可