【学霸笔记：同步精讲】24　第5章　第2节　科学探究：加速度与力、质量的关系 讲义--高中物理鲁科版必修第一册

第2节　科学探究：加速度与力、质量的关系 [学习目标]　1．学会用控制变量法探究物理规律。2．掌握利用图像法处理数据的方法，探究加速度与力、质量的关系。3．学会与他人合作、交流完成探究过程和结果，提升科学推理论证的能力。 一、实验原理和方法 1．采用控制变量法 (1)保持小车质量m不变，探究加速度a与力F的关系。 (2)保持小车所受的力F相同，探究加速度a与质量m的关系。 2．实验设计 (1) 将木板一端垫高，使小车不拉重物时能匀速运动，此时小车重力沿斜面的分力恰好抵消其所受摩擦力及其他阻力。 (2) 挂质量远小于小车质量的重物。在此条件下，对应的重物的重力大小便可近似认为等于作用于小车的合外力的大小。 二、实验器材 带有定滑轮的木板、薄垫块(多个)、小车、轻质细绳、重物(小钩码或沙桶等)、打点计时器、纸带、交流电源、天平、砝码、刻度尺。 三、实验步骤 1．用天平分别测出小车的质量和小桶的质量，把数据记录下来。 2．按如图所示安装器材。 3．平衡摩擦力：在木板不带定滑轮的一端下面垫上一块薄垫块，反复移动薄垫块的位置，直至不挂重物的小车在斜面上运动时可保持匀速运动状态。这时小车拖着纸带运动受到的摩擦力及其他阻力恰好与小车所受的重力沿斜面方向上的分力平衡。 4．在小车上加放砝码，小桶里放入适量的沙子，把砝码和沙子的质量记录下来(注意重物质量应远小于小车质量)。把细绳一端系在小车上并绕过定滑轮，另一端挂上小桶。先接通电源，再释放小车，打点计时器在纸带上打下一系列的点，取下纸带，在纸上写上编号。 5．保持小车及车内砝码的质量不变，改变沙子的质量(要用天平称量)，按步骤4再做几次实验，将实验时记录的数据填入表格1中。 6．算出每条纸带对应的加速度的值并填入表格1中。 表格1　物体的质量一定，加速度与受力的关系 实验次数 加速度a/(ms-2) 小车受力F/N 1 2 3 4 7．保持沙子和小桶的总质量不变，在小车上增减砝码(注意重物质量应远小于小车质量)，重复上述步骤4，将实验时记录的数据填入表格2中。 8．算出每条纸带对应的加速度的值并填入表格2中。 表格2　物体受到的合外力一定，加速度与质量的关系 实验 次数 加速度 a/(ms-2) 小车及车内砝 码质量M/kg 小车及车内砝码 质量的倒数/kg-1 1 2 3 4 四、数据处理 1．探究加速度与力的关系：以a为纵坐标、F为横坐标，根据表格1中的各组数据在坐标系中描点。如果这些点在一条过原点的直线上，说明a与F成正比，如图所示。 2．探究加速度与质量的关系：“a与M成反比”实际上就是“a与成正比”。以a为纵坐标，为横坐标建立坐标系，根据表格2中的数据描点。如果a-图像是一条过原点的直线，就能说明a与质量M成反比，如图所示。 3．实验结论 在误差允许的范围内： (1)物体质量一定时，物体的加速度大小与作用在物体上的合外力成正比。 (2)物体受到的合外力一定时，物体的加速度大小与物体的质量成反比。 (3)综合(1)(2)结论，则有： 物体的加速度大小与作用在物体上的合外力成正比，与物体的质量成反比。 五、误差分析 项目 产生原因 减小方法 偶然 误差 质量测量不准、计数点间距测量不准 多次测量求平均值 小车所受拉力测量不准 (1)准确平衡摩擦力 (2)使细绳和纸带平行于木板 系统 误差 小桶和沙子的总重力代替小车所受的拉力 使小桶和沙子的总质量远小于小车的质量 六、注意事项 1．在本实验中，必须平衡摩擦力。平衡摩擦力时不要挂重物。平衡摩擦力后，在后面的实验中不管是改变小桶内沙子的质量还是改变小车的质量，都不需要重新平衡摩擦力。 2．实验中，必须满足小车及小车上砝码的总质量远大于所挂小桶和沙子的总质量。只有这样，小桶和沙子的总重力才可以视为与小车所受细绳的拉力相等。 3．在每次实验时，从尽量靠近打点计 ... ...