《4.2 實(shí)驗(yàn) 探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系學(xué)案》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《4.2 實(shí)驗(yàn) 探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系學(xué)案（14頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、4.2 實(shí)驗(yàn) 探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系導(dǎo) 小汽車(chē)從靜止加速到100 km/h只需十幾秒的時(shí)間，滿載的貨車(chē)從靜止加速到100 km/h，用時(shí)較長(zhǎng)，賽車(chē)安裝了強(qiáng)大發(fā)動(dòng)機(jī)，質(zhì)量與一般小汽車(chē)相仿，可以在四、五秒的時(shí)間內(nèi)從靜止加速到100 km/h. 從上面的例子我們可以看出：物體的質(zhì)量越小，速度改變得越快，產(chǎn)生的加速度越大；牽引力越大，速度改變得越快，產(chǎn)生的加速度越大．于是我們猜想，物體所獲得的加速度可能與外力有關(guān)，還可能與物體本身的質(zhì)量有關(guān)．據(jù)此，我們可以提出這樣的假設(shè)：物體所獲得的加速度，由它的質(zhì)量和它所受的合力共同決定．這個(gè)假設(shè)是否正確，我們可以設(shè)計(jì)一些實(shí)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)． 　　一、實(shí)驗(yàn)

2、目的 1．學(xué)會(huì)用控制變量法研究物理規(guī)律． 2．探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系． 3．掌握利用圖象處理數(shù)據(jù)的方法． 二、實(shí)驗(yàn)原理 采用控制變量法： 1．保持物體質(zhì)量m不變，探究加速度a與力F的關(guān)系． 2．保持物體所受的力相同，探究加速度a與質(zhì)量m的關(guān)系． 三、實(shí)驗(yàn)器材 一端附有定滑輪的長(zhǎng)木板；小車(chē)；帶小鉤的細(xì)繩；沙子和小桶；打點(diǎn)計(jì)時(shí)器；紙帶及復(fù)寫(xiě)紙片；刻度尺；低壓交流電源、導(dǎo)線；砝碼；天平(帶有一套砝碼) 四、實(shí)驗(yàn)步驟 1．用天平測(cè)出小車(chē)和小桶的質(zhì)量M和m桶，把數(shù)值記錄下來(lái)． 2．按圖4－2－1所示把實(shí)驗(yàn)器材安裝好，只是不把懸掛小桶的細(xì)繩系在小車(chē)上(即不給小車(chē)加牽引力)．

3、 3．平衡摩擦力． 4．把細(xì)繩系在小車(chē)上并繞過(guò)定滑輪懸掛小桶，先接通電源 再放開(kāi)小車(chē)，取下紙帶，在打點(diǎn)紙帶上標(biāo)上紙帶號(hào)碼． 5．保持小車(chē)的質(zhì)量不變，在小桶內(nèi)放入質(zhì)量為m′的沙，重復(fù)步驟4，在小桶內(nèi)放入質(zhì)量為m″、m、……的沙，再重復(fù)4，m′、m″、m、……的數(shù)值都要記錄在紙帶上(或表格內(nèi))． 6．在每條紙帶上都選取一段比較理想的部分，按“測(cè)定勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度”實(shí)驗(yàn)中的方法算出每條紙帶的加速度a. 7．用縱坐標(biāo)表示加速度，橫坐標(biāo)表示力，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果在坐標(biāo)平面上畫(huà)出相應(yīng)的點(diǎn)．若這些點(diǎn)在一條直線上，便證明了加速度與作用力成正比，即＝或a∝F. 8．保持沙和小桶的質(zhì)量不變，

4、在小車(chē)上依次加砝碼(也需做好記錄)，重復(fù)上述步驟4和步驟6.用縱坐標(biāo)表示加速度，橫坐標(biāo)表示小車(chē)及砝碼總質(zhì)量的倒數(shù)，在坐標(biāo)平面上根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果畫(huà)出相應(yīng)的點(diǎn)．如果這些點(diǎn)是在一條直線上，就證明加速度與質(zhì)量成反比，即＝或a∝. 五、注意事項(xiàng) 1．平衡摩擦力時(shí)不要掛重物，整個(gè)實(shí)驗(yàn)平衡了摩擦力后，不管以后是改變盤(pán)和砝碼的質(zhì)量還是改變小車(chē)及砝碼的質(zhì)量，都不需要重新平衡摩擦力． 2．實(shí)驗(yàn)中必須滿足小車(chē)和砝碼的質(zhì)量遠(yuǎn)大于小盤(pán)和砝碼的總質(zhì)量．只有如此，砝碼和小盤(pán)的總重力才可視為與小車(chē)受到的拉力相等． 3．作圖象時(shí)，要使盡可能多的點(diǎn)在所作直線上，不在直線上的點(diǎn)應(yīng)盡可能對(duì)稱分布在所作直線兩側(cè)．離直線較遠(yuǎn)的點(diǎn)是錯(cuò)

5、誤數(shù)據(jù)，可舍去不予考慮． 4．小車(chē)應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器且先接通電源再放手.　 一、實(shí)驗(yàn)操作 例1 在利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中，以下做法正確的是(　　) A．平衡摩擦力時(shí)，應(yīng)將重物用細(xì)繩通過(guò)定滑輪系在小車(chē)上 B．每次改變小車(chē)的質(zhì)量時(shí)，不需要重新平衡摩擦力 C．實(shí)驗(yàn)時(shí)，先放開(kāi)小車(chē)，后接通電源 D．“重物的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車(chē)的質(zhì)量”這一條件如不滿足，對(duì)探究過(guò)程也不會(huì)產(chǎn)生影響 解析　平衡摩擦力不應(yīng)掛重物，A錯(cuò)；實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先接通電源后，再放開(kāi)小車(chē)，C錯(cuò)；如果重物的質(zhì)量不能遠(yuǎn)小于小車(chē)的質(zhì)量，重物的重力就不能近似看成細(xì)繩對(duì)小車(chē)的拉力，產(chǎn)生的誤差就很大，D錯(cuò)． 答案　B (

6、1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的規(guī)范操作要求 實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先接通電源，待打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作穩(wěn)定后再放開(kāi)小車(chē)．如果先放開(kāi)小車(chē)，就不能保證打出合格的紙帶． (2)提供恒定合外力的條件 實(shí)驗(yàn)要求重物的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車(chē)的質(zhì)量，因?yàn)橹挥羞@樣，重物的重力才近似等于細(xì)繩對(duì)小車(chē)的拉力. 二、數(shù)據(jù)處理 例2 在做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，計(jì)算出各紙帶的加速度后，將測(cè)得的加速度a和力F的有關(guān)數(shù)據(jù)記錄在表1中．將測(cè)得的反映加速度a和質(zhì)量m的數(shù)據(jù)列在表2中． 表1 a/(m·s－2) 1.98 4.06 5.95 8.12 F/N 1.00 2.00 3.00 4.00 表2 a/(

7、m·s－2) 2.04 2.66 3.23 3.98 /kg－1 0.50 0.67 0.80 1.00 (1)根據(jù)表中所列數(shù)據(jù)，分別畫(huà)出a－F圖象和a－的圖象． (2)從圖象可以判定：當(dāng)m一定時(shí)，a與F的關(guān)系為_(kāi)_______；當(dāng)F一定時(shí)，a與m的關(guān)系為_(kāi)_______． 解析　建立坐標(biāo)系，確定標(biāo)度，描點(diǎn)畫(huà)出a－F圖象和a－圖象分別如下圖甲、乙所示． (2)由圖象甲可知，a-F圖象為過(guò)原點(diǎn)的直線，所以a ∝F，即a與F是正比關(guān)系．由圖象乙知，a-圖象為過(guò)原點(diǎn)的直線，所以，a∝，即a與m成反比關(guān)系． 答案　(1)見(jiàn)解析圖　(2)正比關(guān)系　反比關(guān)系

8、作圖象時(shí)，應(yīng)使盡可能多的點(diǎn)落在直線上，不在直線上的點(diǎn)應(yīng)均勻分布于直線兩側(cè)，偏離太大的點(diǎn)應(yīng)舍棄掉. 三、誤差分析 例3 某實(shí)驗(yàn)小組的幾名同學(xué)在探究加速度與物體的質(zhì)量以及外力關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)物體的質(zhì)量一定時(shí)，分別根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫(huà)出了不同的實(shí)驗(yàn)圖象，如圖4－2－3所示，下列說(shuō)法中分析正確的是(　　) 圖4－2－3 A．形成圖甲的原因是平衡摩擦力時(shí)長(zhǎng)木板傾角過(guò)大 B．形成圖乙的原因是平衡摩擦力時(shí)長(zhǎng)木板傾角過(guò)小 C．形成圖丙的原因是平衡摩擦力時(shí)長(zhǎng)木板傾角過(guò)大 D．形成圖丁的原因是平衡摩擦力時(shí)長(zhǎng)木板傾角過(guò)小 解析　根據(jù)圖象可分析，甲、乙兩圖中，當(dāng)外力F＝0時(shí)加速度a≠0，則說(shuō)明F＝0時(shí)

9、已經(jīng)有加速度，這說(shuō)明木板傾角過(guò)大．木板的傾角越大，小車(chē)獲得的動(dòng)力就越大，越容易出現(xiàn)甲、乙兩圖所對(duì)應(yīng)的情況，因此A正確．丙、丁兩圖中，當(dāng)加速度a＝0時(shí)外力F≠0，即拉力不為零時(shí)加速度卻仍為零，這說(shuō)明還有摩擦力沒(méi)有平衡掉，因此木板傾角過(guò)小，選項(xiàng)D正確． 答案　AD 本實(shí)驗(yàn)中，小車(chē)所受的作用力是指小車(chē)所受的合外力，如果不采用一定的辦法平衡掉小車(chē)以及紙帶所受的摩擦力，或者平衡摩擦力時(shí)，方法不正確，都會(huì)帶來(lái)很大的實(shí)驗(yàn)誤差. 1.在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，關(guān)于平衡摩擦力的說(shuō)法中正確的是(　　) A．“平衡摩擦力”的本質(zhì)就是想法讓小車(chē)受到的摩擦力為零 B．“平衡摩擦力”的本質(zhì)

10、就是使小車(chē)所受的重力在沿斜面方向的分力與所受到的摩擦阻力相平衡 C．“平衡摩擦力”的目的就是要使小車(chē)所受的合力等于所掛砝碼通過(guò)細(xì)繩對(duì)小車(chē)施加的拉力 D．“平衡摩擦力”是否成功，可由小車(chē)拖動(dòng)后由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶上的點(diǎn)跡間距是否均勻而確定 答案　BCD 解析　小車(chē)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受的阻力是永恒存在的，無(wú)法使之為零，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；要使小車(chē)勻速下滑，平衡摩擦力即小車(chē)重力沿斜面的分力“mgsin θ”應(yīng)與摩擦阻力Ff相平衡，進(jìn)而小車(chē)所受的合力也就等于所掛鉤碼通過(guò)細(xì)繩和滑輪對(duì)小車(chē)施加的拉力，故B、C、D正確． 2．在用實(shí)驗(yàn)探究加速度和力的關(guān)系時(shí)，下列關(guān)于實(shí)驗(yàn)的思路和數(shù)據(jù)分析，正確的是(　　) A．

11、實(shí)驗(yàn)的基本思想是：保持物體的質(zhì)量不變，測(cè)量物體在不同力作用下的加速度，分析加速度與力的關(guān)系 B．實(shí)驗(yàn)的基本思想是：保持物體所受力相同，測(cè)量質(zhì)量不同的物體在該力作用下的加速度，分析加速度與質(zhì)量的關(guān)系 C．在處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，以a為縱坐標(biāo)，F(xiàn)為橫坐標(biāo)，根據(jù)數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中描點(diǎn)，若這些點(diǎn)在一條過(guò)原點(diǎn)的直線上，說(shuō)明a與F成正比 D．在處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，以a為縱坐標(biāo)，m為橫坐標(biāo)，根據(jù)數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中描點(diǎn)，若這些點(diǎn)在一條過(guò)原點(diǎn)的直線上，說(shuō)明a與m成正比 答案　ABC 3．如圖4－2－4所示，在研究牛頓第二定律的演示實(shí)驗(yàn)中，若1、2兩個(gè)相同的小車(chē)所受拉力分別為F1、F2，車(chē)中所放砝碼的質(zhì)量分別為m1、m2

12、，打開(kāi)夾子后經(jīng)過(guò)相同的時(shí)間兩車(chē)的位移分別為x1、x2，則在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，有(　　) A．當(dāng)m1＝m2、F1＝2F2時(shí)，x1＝2x2 B．當(dāng)m1＝m2、F1＝2F2時(shí)，x2＝2x1 C．當(dāng)F1＝F2、m1＝2m2時(shí)，x1＝2x2 D．當(dāng)F1＝F2、m1＝2m2時(shí)，x2＝2x1 答案　A 解析　題中m1和m2是車(chē)中砝碼的質(zhì)量，不能認(rèn)為是小車(chē)的質(zhì)量．本題中只說(shuō)明了兩小車(chē)是相同的，并未告訴小車(chē)的質(zhì)量是多少．當(dāng)m1＝m2時(shí)，兩車(chē)加砝碼總質(zhì)量仍相等，若F1＝2F2，則a1＝2a2，由x＝at2得x1＝2x2，A對(duì)．當(dāng)F1＝F2時(shí)，若m1＝2m2時(shí)，無(wú)法確定兩車(chē)加砝碼后的總質(zhì)量關(guān)

13、系，兩小車(chē)的加速度關(guān)系也就不明確，故無(wú)法判定兩車(chē)的位移關(guān)系． 4．在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，關(guān)于小車(chē)所受的合力，下列敘述中正確的是(　　) A．小車(chē)所受合力就是所掛吊盤(pán)和砝碼的重力 B．小車(chē)所受合力的大小等于吊盤(pán)和砝碼通過(guò)細(xì)繩對(duì)小車(chē)所施加的拉力 C．只有平衡摩擦力后，小車(chē)所受合力才等于細(xì)繩對(duì)小車(chē)的拉力 D．只有平衡摩擦力后，且小車(chē)的質(zhì)量M遠(yuǎn)大于吊盤(pán)與砝碼的總質(zhì)量時(shí)，小車(chē)所受合力可以認(rèn)為等于吊盤(pán)和砝碼的重力 答案　CD 解析　吊盤(pán)和砝碼的重力不可以說(shuō)成是小車(chē)所受的合力，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤．由于小車(chē)下滑必受摩擦力作用，平衡摩擦力實(shí)際是小車(chē)重力的下滑分力抵消摩擦力，此時(shí)小車(chē)所受

14、合力等于細(xì)繩的拉力，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤，選項(xiàng)C正確．因?yàn)榈醣P(pán)與砝碼拉動(dòng)小車(chē)共同加速運(yùn)動(dòng)，細(xì)繩對(duì)小車(chē)的拉力并不等于吊盤(pán)與砝碼的重力．可以證明只有當(dāng)小車(chē)質(zhì)量M遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于吊盤(pán)與砝碼質(zhì)量m時(shí)，細(xì)繩中的拉力才可以近似等于吊盤(pán)與砝碼的重力，故選項(xiàng)D正確． 5．經(jīng)過(guò)對(duì)加速度與物體的質(zhì)量和合外力的關(guān)系的探究學(xué)習(xí)，已經(jīng)知道物體的加速度a與物體受的力F及物體的質(zhì)量m滿足的關(guān)系式a∝F，a∝.如果在光滑的水平面上有一質(zhì)量為m的物體受到水平力F作用，從靜止開(kāi)始在t時(shí)間內(nèi)移動(dòng)了x距離，今要使距離變?yōu)?x可采用以下哪一種方法(　　) A．將水平恒力增為4F B．將物體質(zhì)量減為原來(lái)的一半 C．將作用時(shí)間增為2t D．將作

15、用時(shí)間增為4t 答案　AC 解析　當(dāng)質(zhì)量m、作用時(shí)間不變時(shí)，作用力增為4F，由于a∝F，所以加速度a增為原來(lái)的4倍．由x＝at2得，距離變?yōu)?x；當(dāng)F、m不變時(shí)，a不變，時(shí)間變?yōu)?t時(shí)，由x＝at2得，距離變?yōu)?x. 6．在探究a與F、M關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中，得到了如下一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)： F/N 0.196 0.294 0.392 0.490 0.588 a/(m·s－2) 0.25 0.38 0.90 1.20 1.53 (1)在圖4－2－5所示的坐標(biāo)中，畫(huà)出a－F圖線． 圖4－2－5 (2)從圖中可以發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)操作中的問(wèn)題是什么？ 答案　(1)如下圖所示．

16、 (2)未平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠 實(shí)驗(yàn)原理和注意的問(wèn)題 例1 在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．平衡摩擦力時(shí)，托盤(pán)應(yīng)用細(xì)線通過(guò)定滑輪系在小車(chē)上，但托盤(pán)內(nèi)不能裝砝碼 B．實(shí)驗(yàn)中無(wú)需始終保持小車(chē)和砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于托盤(pán)和砝碼的質(zhì)量 C．實(shí)驗(yàn)中如用縱坐標(biāo)表示加速度，用橫坐標(biāo)表示小車(chē)和車(chē)內(nèi)砝碼的總質(zhì)量，描出相應(yīng)的點(diǎn)在一條直線上時(shí)，即可證明加速度與質(zhì)量成反比 D．平衡摩擦力時(shí)，小車(chē)后面的紙帶必須連好，因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)過(guò)程中紙帶也要受阻力 答案　D 解析　平衡摩擦力時(shí)，不應(yīng)掛托盤(pán)，但應(yīng)帶紙帶運(yùn)動(dòng)，所以A錯(cuò)，D對(duì)；實(shí)驗(yàn)中要求始終保持小車(chē)和砝碼的

17、質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于托盤(pán)和砝碼的質(zhì)量，所以B不正確；同時(shí)C也不正確． 拓展探究　在“探究牛頓第二定律”的實(shí)驗(yàn)中，為了探究滑塊質(zhì)量m0不變時(shí)，加速度與外力F的定量關(guān)系，砝碼質(zhì)量m和滑塊質(zhì)量m0分別選取下列四組值： A．m0＝500 g，m分別為50 g,70 g,100 g,125 g B．m0＝500 g，m分別為20 g,30 g,40 g,50 g C．m0＝200 g，m分別為50 g,75 g,100 g,125 g D．m0＝200 g，m分別為30 g,40 g,50 g,60 g 若其他操作都正確，那么在選用________組值測(cè)量時(shí)所畫(huà)出的a－F圖線較準(zhǔn)確． 答案　B

18、解析　探究滑塊質(zhì)量m0不變時(shí)，加速度與外力F的定量關(guān)系，是用砝碼的重力代替對(duì)滑塊的拉力，為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，應(yīng)使m0≥m，為此選B組值誤差較小． 1．平衡摩擦力是指小車(chē)所受動(dòng)力(重力沿斜面向下的分力)與小車(chē)所受阻力(包括小車(chē)所受摩擦力和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器對(duì)小車(chē)后所拖紙帶的摩擦力)大小相等．實(shí)驗(yàn)中應(yīng)在小車(chē)后拖上紙帶，先接通電源，再用手給小車(chē)一個(gè)初速度，若紙帶上打出的點(diǎn)的間隔基本上均勻，就表明平衡了摩擦力，否則須重新調(diào)整小木塊位置． 2．在探究a與m的關(guān)系時(shí)，是通過(guò)作a－的圖象，特點(diǎn)是正比關(guān)系，而得到a與m成反比關(guān)系的． 3．實(shí)驗(yàn)中是把沙和沙桶所受的總重力mg視為車(chē)和砝碼所受力，因此，實(shí)驗(yàn)操作時(shí)必須滿

19、足m?M的條件，不得隨意增大m或者減小M，以至于出現(xiàn)較大的實(shí)驗(yàn)誤差. 實(shí)驗(yàn)操作問(wèn)題 圖4－2－1 例2 用如圖4－2－1所示的裝置研究在作用力F一定時(shí)，小車(chē)的加速度a與小車(chē)質(zhì)量m的關(guān)系，某位同學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)步驟如下： A．用天平稱出小車(chē)和小桶及內(nèi)部所裝砂子的質(zhì)量； B．按圖裝好實(shí)驗(yàn)器材； C．把輕繩系在小車(chē)上并繞過(guò)定滑輪懸掛砂桶； D．將電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在6 V電壓的蓄電池上，接通電源，放開(kāi)小車(chē)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列點(diǎn)，并在紙帶上標(biāo)明小車(chē)質(zhì)量； E．保持小桶及其中砂子的質(zhì)量不變，增加小車(chē)上的砝碼個(gè)數(shù)，并記錄每次增加后的m值，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)； F．分析每條紙帶，測(cè)量并

20、計(jì)算出加速度的值； G．作a－m關(guān)系圖象，并由圖象確定a－m關(guān)系． (1)該同學(xué)漏掉的重要實(shí)驗(yàn)步驟是________，該步驟應(yīng)排在________步實(shí)驗(yàn)之后． (2)在上述步驟中，有錯(cuò)誤的是________，應(yīng)把________改為_(kāi)_______． (3)在上述步驟中，處理不恰當(dāng)?shù)氖莀_______，應(yīng)把________改為_(kāi)_______． 答案　(1)該同學(xué)漏掉的重要實(shí)驗(yàn)步驟是平衡摩擦力，該步驟應(yīng)排在按圖裝好實(shí)驗(yàn)器材即B步實(shí)驗(yàn)之后． (2)在上述步驟中，有錯(cuò)誤的是步驟D，應(yīng)把6 V電壓的蓄電池改為6 V以下交流電壓的學(xué)生電源． (3)在上述步驟中，處理不恰當(dāng)?shù)氖遣襟EG，應(yīng)

21、把a(bǔ)－m圖象改為a－圖象 解析　本題主要考查對(duì)實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)步驟的理解和分析，實(shí)驗(yàn)中把小桶及其中砂子的重力看做與小車(chē)所受拉力大小相等，沒(méi)有考慮摩擦力，故必須平衡摩擦力．電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在6 V電壓的蓄電池上將無(wú)法工作，必須接在6 V以下交流電壓的學(xué)生電源上．作a－m關(guān)系圖象，得到的是雙曲線，很難作出正確的判斷，必須“化曲為直”，改作a－關(guān)系圖象． 1．實(shí)驗(yàn)操作中應(yīng)注意平衡摩擦力． 整個(gè)實(shí)驗(yàn)平衡了摩擦力后，不管以后是改變托盤(pán)和砝碼的質(zhì)量，還是改變小車(chē)的質(zhì)量，都不需要重新平衡摩擦力．平衡摩擦力是指小車(chē)所受重力沿斜面的分力與小車(chē)所受阻力(包括小車(chē)所受摩擦力和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器對(duì)小車(chē)后面所拖紙帶的摩擦力

22、)大小相等．即mgsin θ＝μmgcos θ，tan θ＝μ，與小車(chē)的質(zhì)量無(wú)關(guān)． 2．應(yīng)注意先對(duì)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通電，待打點(diǎn)穩(wěn)定后再釋放小車(chē). 數(shù)據(jù)處理和誤差分析 例3 某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)探究加速度a與物體所受合力F及質(zhì)量m關(guān)系的實(shí)驗(yàn)，如圖4－2－2所示，圖甲為實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖(交流電的頻率為50 Hz)． 圖4－2－2 (1)圖乙為某次實(shí)驗(yàn)得到的紙帶，根據(jù)紙帶可求出小車(chē)的加速度大小為_(kāi)_______m/s2(保留兩位有效數(shù)字)． (2)保持砂和砂桶質(zhì)量不變，改變小車(chē)質(zhì)量m，分別得到小車(chē)加速度a與質(zhì)量m及對(duì)應(yīng)的，數(shù)據(jù)如下表： 實(shí)驗(yàn)次數(shù) 1 2 3 4 5 6

23、7 8 小車(chē)加速度 a/(m·s－2) 1.90 1.72 1.49 1.25 1.00 0.75 0.50 0.30 小車(chē)質(zhì)量 m/kg 0.25 0.29 0.33 0.40 0.50 0.71 1.00 1.67 /kg－1 4.00 3.45 3.03 2.50 2.00 1.41 1.00 0.60 請(qǐng)?jiān)谌鐖D4－2－3所示的方格坐標(biāo)紙中畫(huà)出a－圖線，并依據(jù)圖線求出小車(chē)加速度a與質(zhì)量倒數(shù)之間的關(guān)系式是________． 圖4－2－3 (3)保持小車(chē)質(zhì)量不變，改變砂和砂桶質(zhì)量，該同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出了加速度a隨合

24、力F的變化圖線，如圖4－2－4所示．該圖線不通過(guò)原點(diǎn)，請(qǐng)你分析其主要原因是________________________________________________________________________． 圖4－2－4 答案　(1)3.2　(2)a＝ m/s2　(3)實(shí)驗(yàn)前沒(méi)有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不充分 解析　(1)在連續(xù)相等的時(shí)間間隔內(nèi)，從紙帶上可得到四段位移大小，可以選用逐差法計(jì)算加速度． 由紙帶上的數(shù)據(jù)可知：x1＝6.19 cm，x2＝6.70 cm，x3＝7.21 cm，x4＝7.72 cm.電火花計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期為：T＝＝ s＝0.02 s，用逐差法計(jì)

25、算加速度為a1＝＝3.19 m/s2，a2＝＝3.19 m/s2，所以a＝(a1＋a2)＝3.2 m/s2. (2)根據(jù)題目提供的小車(chē)加速度a與質(zhì)量m對(duì)應(yīng)的倒數(shù)的有關(guān)數(shù)據(jù)，可在坐標(biāo)紙中描出8個(gè)對(duì)應(yīng)點(diǎn)，用一條平滑曲線“連接”各點(diǎn)，使盡量多的點(diǎn)落在直線上，不在直線上的點(diǎn)大致均勻分布在直線的兩側(cè)，得到的a－圖線如下圖所示，由圖可得a＝ m/s2. (3)由圖4-2-4可分析，當(dāng)加速度a為零時(shí)，此時(shí)必須提供一定的拉力F，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)前沒(méi)有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不充分．圖4-2-2的圖甲中，木板應(yīng)該適當(dāng)墊高右端． 1．控制變量法：當(dāng)研究多個(gè)物理量的變化規(guī)律時(shí)，為了簡(jiǎn)便，可設(shè)計(jì)保持其他物理量不變，

26、只研究剩余兩個(gè)變化物理量的關(guān)系，這種方法叫做控制變量法． 2．對(duì)比實(shí)驗(yàn)法：兩個(gè)相同的小車(chē)放在光滑水平板上，前端各系一條細(xì)繩，繩的另一端跨過(guò)定滑輪各掛一個(gè)小盤(pán)，盤(pán)中各放數(shù)目不等的砝碼，就可以驗(yàn)證質(zhì)量一定的條件下，加速度與力的關(guān)系．對(duì)比實(shí)驗(yàn)法在物理實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常用到． 兩小車(chē)后端各系一條細(xì)繩，一起被一個(gè)夾子夾著而使小車(chē)靜止(如圖下圖所示)．打開(kāi)夾子，兩小車(chē)同時(shí)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，關(guān)上夾上，兩小車(chē)同時(shí)停下來(lái)．用刻度尺測(cè)出兩小車(chē)通過(guò)的位移，位移之比就等于它們的加速度之比． 3．圖象法處理數(shù)據(jù)：此實(shí)驗(yàn)要探究加速度與力、質(zhì)量的定量關(guān)系，當(dāng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)出所需的物理量后，我們很難直接通過(guò)觀察數(shù)據(jù)得出物理量之間的關(guān)系

27、，此時(shí)，我們可以借助物理圖象，從圖象可以比較直觀地觀察出物理量之間的關(guān)系. 1.在本實(shí)驗(yàn)中，下列做法和理由正確的是(　　) A．實(shí)驗(yàn)中所用電源為低壓直流電源 B．可以將裝有砂子的小桶用鉤碼代替，這樣會(huì)使實(shí)驗(yàn)更加方便 C．實(shí)驗(yàn)結(jié)果不用a－M圖象，而且a－1/M圖象，是為了便于根據(jù)圖象直觀地作出判斷 D．小車(chē)運(yùn)動(dòng)的加速度可用天平測(cè)出小桶和砂的質(zhì)量(M′和m′)以及小車(chē)質(zhì)量M后直接用公式a＝(M′＋m′)g/M求出(M′＋m′)?M 答案　C 解析　打點(diǎn)計(jì)時(shí)器需要低壓交流電源，所以A錯(cuò)誤．若用鉤碼代替裝有砂子的小桶進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，由于鉤碼的質(zhì)量太大，不利于進(jìn)行調(diào)節(jié)拉力的大小，故B

28、錯(cuò)誤．用a－1/M圖象進(jìn)行驗(yàn)證，這樣能更直觀地對(duì)問(wèn)題進(jìn)行判斷，所以C正確．本實(shí)驗(yàn)是探究a與F、m的關(guān)系，直接運(yùn)用牛頓第二定律a＝F/m求出a是不對(duì)的，這是一種邏輯錯(cuò)誤． 2．兩個(gè)相同的小車(chē)并排放在光滑水平桌面上，小車(chē)前端系上細(xì)線，線的另一端跨過(guò)定滑輪各掛一個(gè)小盤(pán)，盤(pán)里分別放有不同質(zhì)量的砝碼(圖4－2－5(a))．小車(chē)所受的水平拉力F的大小可以認(rèn)為等于砝碼(包括砝碼盤(pán))所受的重力大小．小車(chē)后端也系有細(xì)線，用一只夾子夾住兩根細(xì)線(圖(b))，控制兩輛小車(chē)同時(shí)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)和結(jié)束運(yùn)動(dòng)． 圖4－2－5 由于兩個(gè)小車(chē)初速度都是零，運(yùn)動(dòng)時(shí)間又相同，x＝at2/2，即x∝a，只要測(cè)出兩小車(chē)位移x之比就等

29、于測(cè)出它們的加速度a之比． 實(shí)驗(yàn)結(jié)果是： 當(dāng)小車(chē)質(zhì)量相同時(shí)，________________________________； 當(dāng)拉力F相等時(shí)，__________________________________. 實(shí)驗(yàn)中用砝碼(包括砝碼盤(pán))所受的重力G＝mg的大小作為小車(chē)所受拉力F的大小，這樣做會(huì)引起實(shí)驗(yàn)誤差，為了減小這個(gè)誤差，G與小車(chē)所受重力Mg之間需要滿足的關(guān)系是：__________________. 答案　加速度與拉力成正比　加速度與質(zhì)量成反比 G?Mg 解析　實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，當(dāng)兩小車(chē)質(zhì)量相同時(shí)，砝碼(包括砝碼盤(pán))重力越大，位移越大，則加速度越大，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)，加速度與

30、所受拉力成正比；若砝碼重力不變，即拉力不變時(shí)，質(zhì)量越大的小車(chē)位移越小，即加速度越小．進(jìn)行測(cè)量分析知，加速度與質(zhì)量成反比． 砝碼(包括砝碼盤(pán))的重力大于小車(chē)所受的拉力，但如果砝碼的重力G遠(yuǎn)小于小車(chē)的重力Mg時(shí)，G近似等于拉力F. 3．用如圖4－2－6所示裝置，探究“加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的活動(dòng)中： 圖4－2－6 (1)某同學(xué)在接通電源進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前，將實(shí)驗(yàn)器材組裝如圖所示．請(qǐng)你指出該裝置中錯(cuò)誤或不妥之處：________________________________________________________________. (2)改正實(shí)驗(yàn)裝置后，該同學(xué)順利地完成了實(shí)驗(yàn)．圖

31、4－2－7是他在實(shí)驗(yàn)中得到的一條紙帶，圖中相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為0.1 s，由圖中的數(shù)據(jù)可算得小車(chē)的加速度a為_(kāi)_______m/s2. 圖4－2－7 答案　(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器不應(yīng)使用干電池，應(yīng)使用交流電源；實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有平衡小車(chē)的摩擦力；小車(chē)初始位置離打點(diǎn)計(jì)時(shí)器太遠(yuǎn)．　(2)0.195 解析　(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器必須使用交流電源，不能使用干電池；為保證細(xì)繩對(duì)小車(chē)的拉力作為小車(chē)受的合外力，實(shí)驗(yàn)前必須平衡摩擦力，該裝置卻沒(méi)有平衡摩擦力；為了在紙帶上打下更多的點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)時(shí)小車(chē)的初始位置離打點(diǎn)計(jì)時(shí)器不可太遠(yuǎn)． (2)加速度可用逐差法求出： a＝ ＝ m/s2 ＝0.195 m/s

32、2 4．同學(xué)們?cè)谧鎏骄考铀俣扰c物體質(zhì)量和合外力的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)時(shí)： (1)甲同學(xué)為了使小車(chē)受到的合外力等于小桶和砂的總重量，他采用如下兩個(gè)措施： ①平衡摩擦力：將長(zhǎng)木板無(wú)滑輪的一端下面墊一小木塊，反復(fù)移動(dòng)木塊的位置，直到小車(chē)在小桶的拉動(dòng)下帶動(dòng)紙帶與小車(chē)一起做勻速直線運(yùn)動(dòng)； ②調(diào)整砂的多少，使砂和桶的總質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車(chē)和砝碼的總質(zhì)量M. 請(qǐng)問(wèn)：以上哪一個(gè)措施中有重大錯(cuò)誤？ (2)乙同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中，他保持小車(chē)及砝碼總質(zhì)量M不變，反復(fù)改變砂的質(zhì)量，并測(cè)得一系列數(shù)據(jù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)小車(chē)受到的合外力(小桶及砂的總重量mg)與加速度的比值略大于小車(chē)及砝碼總質(zhì)量M，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)滑輪非常光滑，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作正常

33、，且事先基本上平衡了摩擦力，那么出現(xiàn)這種情況的主要原因是什么？ 答案　見(jiàn)解析 解析　(1)①中平衡摩擦力時(shí)，不應(yīng)用小桶拉動(dòng)小車(chē)做勻速運(yùn)動(dòng)，應(yīng)讓小車(chē)帶動(dòng)紙帶下滑來(lái)平衡摩擦力即可；(2)由于未滿足m?M，拉小車(chē)的合外力F