高中物理粤教版必修一学案 第四章+第三节+探究加速度与力、质量的定量关系+Word版含答案

第三节探究加速度与力、质量的定量关系 一、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．会用图象表示加速度与质量、加速度与力之间的关系。 二、实验原理 实验的基本思路———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，验证加速度是否与作用力成正比。 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。 三、实验器材 小车、砝码、小桶、砂、细绳、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、交流电源、纸带、刻度尺、天平。 四、方案设计 1．三个物理量的测量方法———近似法 (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质量的情况下，可以认为小桶和砂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Δs＝aT2，结合逐差法计算出小车的加速度。 2．实验数据的处理方法———图象法、“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，然后作出图象，如图4-3-1所示，若图象是一条通过原点的直线，就能说明a与F成正比。 图4-3-1 (2)研究加速度a与质量m的关系 如图4-3-2所示，因为a-m图象是曲线，检查a-m图象是不是双曲线，就能判断它们之间是不是反比例关系，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-图象，若a-图象是一条过原点的直线，说明a与成正比，即a与m成反比。 图4-3-2 五、实验步骤与数据处理 1．用天平测出小车的质量M，并把数值记录下来。 2．按如图4-3-3所示的装置把实验器材安装好(小车上先不系绳)。 图4-3-3 3．平衡摩擦力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫一木块，反复移动木块位置，直到轻推小车在斜面上运动时可保持匀速直线运动为止(纸带上相邻点间距相等)。 4．在小桶里放入适量的砂，用细绳绕过定滑轮系在小车上，在小车上加放适量的砝码，用天平测出小桶和砂的质量m，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，并设计表格如下。 次数 1 2 3 4 5 6 小车加速度a/(m·s－2) 砂和小桶的质量m/kg 拉力F/N 5．保持小车的质量不变，改变砂和小桶的质量，按步骤4做6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，填入表格中。 7．用纵坐标表示加速度，横坐标表示作用力，根据实验结果画出小车运动的a-F图象，从而得出a、F之间的关系。 8．保持砂和小桶的质量不变，在小车上加放砝码，重复上面的实验，求出相应的加速度，并设计表格如下。根据实验结果画出小车运动的a-图象，从而得出a、M之间的关系。 次数 1 2 3 4 5 6 小车加速度a/(m·s－2) 小车质量M/kg /kg－1 9．整理实验器材，结束实验。 六、误差分析 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 作图不准 使尽可能多的点落在直线上或均匀分布在直线两侧，误差较大的点舍去 系统误差 小桶及砂的总重力代替小车所受的拉力 使小桶和砂的总质量远小于小车的质量 七、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．改变砂的质量的过程中，要始终保证砂和小桶 ... ...