《实验：探究加速度与力、质量的关系》运动和力的关系PPT

《实验：探究加速度与力、质量的关系》运动和力的关系PPT

第一部分内容：实验基础

实验目的

1．学会用“控制变量法”探究加速度与力、质量的定量关系。

2．学会用图像法研究加速度与质量、加速度与力之间的关系。

3．学会“化曲为直”法研究变量间的关系。

实验原理

1．实验思路：控制变量法

(1)保持研究对象即小车的质量不变，通过改变悬挂槽码的个数改变小车所受的拉力，测出小车的对应加速度，验证加速度是否与作用力成正比。

(2)保持悬挂槽码的个数不变，即保持作用力不变，改变研究对象即小车的质量，测出小车的对应加速度，验证加速度是否与质量成反比。

2．方案设计

(1)三个物理量的测量

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：当悬挂的槽码的质量远小于小车质量的情况下，可以认为槽码的重力近似等于小车所受的拉力(合外力)。

③加速度的测量：由纸带根据公式Δx＝aT2，结合逐差法计算出小车的加速度。

(2)实验数据的处理——图像法、“化曲为直”法

①研究加速度a和力F的关系

以加速度a为纵坐标，力F为横坐标，根据测量数据描点，然后作出图像，如图甲所示。若图像是一条通过原点的直线，则说明a与F成正比。

②研究加速度a与质量m的关系

如图乙所示，因为a­m图像是曲线，检查a­m图像是否是双曲线，就能判断它们之间是否存在反比例关系，但检查这条曲线是否是双曲线，直接判断有困难。若a和m成反比，则a与1m必成正比。我们采取“化曲为直”的方法，以a为纵坐标，以1m为横坐标，作出a­1m图像，若a­1m 图像是一条过原点的直线，说明a与1m成正比，即a与m成反比。

误差分析

1．系统误差

本实验用槽码的重力mg代替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于槽码的重力。槽码的质量越接近于小车的质量，误差越大；反之，槽码的质量越小于小车的质量，由此引起的误差就越小。因此，满足槽码的质量远小于小车的质量的目的就是为了减小因实验原理不完善而引起的误差。

2．偶然误差

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．打点前小车应靠近打点计时器且应先接通电源后释放小车。

2．在平衡摩擦力时，不需要悬挂槽码，但小车应连接纸带且接通电源。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．改变悬挂槽码的个数的过程中，要始终保证槽码的总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对称分布在直线的两侧，但若遇到个别偏离较远的点可舍去。

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实验探究加速度与力质量的关系PPT，第二部分内容：实验考点

考点一 实验原理与操作

[典例1]在研究作用力F一定时，小车的加速度a与小车(含砝码)质量M的关系的实验中，某同学安装的实验装置和设计的实验步骤如下：

A．用天平称出小车和槽码的质量

B．按图安装好实验器材

C．把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂槽码

D．将电磁打点计时器接在6 V电压的蓄电池上，接通电源，释放小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，并在纸带上标明小车质量

E．保持槽码的质量不变，增加小车上的砝码个数，并记录每次增加后的M值，重复上述实验

F．分析每条纸带，测量并计算出加速度的值

G．作a­M关系图像，并由图像确定a与M的关系

(1)请改正实验装置图中的错误。

①电磁打点计时器位置________________；

②小车位置__________________________；

③滑轮位置__________________________。

(2)该同学漏掉的重要实验步骤是________，该步骤应排在步骤________之后。

(3)在上述步骤中，有错误的是步骤__________，应把________________改为________________。

(4)在上述步骤中，处理不恰当的是步骤________，应把________________改为________________。

[对点训练]

1．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，渗透了研究问题的多种科学方法：

(1)实验环境的等效法：____________；

(2)实验条件设计的科学方法：____________；

(3)实验原理的简化：______________，即当小车质量M车≫m槽码时，细绳对小车的拉力大小近似等于槽码的重力m槽码g；

(4)实验数据处理的科学方法：____________；

(5)由a­M车图像转化为a­1M车图像，所用的科学方法：____________。

(以上各题均填“理想实验法”、“图像法”、“平衡摩擦力法”、“化曲为直法”、“控制变量法”或“近似法”)

考点二 数据处理和误差分析

[典例2]　“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图所示。

(1)下列说法正确的是________。

A．每次改变小车质量时，应重新平衡摩擦力

B．实验时应先释放小车后接通电源

C．本实验槽码B的质量应远大于小车A的质量

D．在用图像探究加速度与质量关系时，应作a­1mA图像

(2)某同学在实验中，打出的一条纸带如图所示，他选择了几个计时点作为计数点，相邻两计数点间还有4个计时点没有标出，其中s1＝7.06 cm、s2＝7.68 cm、s3＝8.30 cm、s4＝8.92 cm，已知交流电的频率为50 Hz，则纸带加速度的大小是______ m/s2。(保留两位有效数字)

(3)某同学将长木板右端适当垫高，其目的是______。但他把长木板的右端垫得过高，使得倾角过大。用a表示小车的加速度，F表示细线作用于小车的拉力。他绘出的a­F关系图像是________。

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