第三单元牛顿运动定律 实验4 验证牛顿第二定律 见《自学听讲》P49 实验目的 1.学会用控制变量法探究物理规律。 2.全面正确地认识加速度与力、质量的关系。 实验原理 研究加速度a与质量M、外力F之间的关系时,先保持质量不变,测量物体在不同的力的作用下的加速度,分析加速度与力的关系;再保持物体所受的力相同,测量不同质量的物体在该力作用下的加速度,分析加速度与质量的关系。这种先控制某些参量不变,研究某两个参量之间变化关系的方法叫作控制变量法。 实验器材 打点计时器、纸带及复写纸片、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘和砝码、细绳、交流电源、导线、天平、刻度尺。 实验步骤 1.用天平测出小车的质量和小盘中砝码的质量,分别为M、m0,并把数值记录下来。 2.按图示将实验器材安装好(小车上不系绳)。 3.在长木板无滑轮的一端下面垫一薄木板,以平衡摩擦力。 4.将小盘通过细绳系在小车上,接通电源放开小车,用纸带记录小车的运动情况;取下纸带并在纸带上标上号码及此时所挂小盘的重力m0g。 5.保持小车的质量不变,改变小盘中砝码的质量,重复步骤4多做几次实验。每次小车应从同一位置释放,并记录好相应纸带。 6.保持小车所受合力不变,在小车上加砝码,并测出小车和放上砝码后的总质量M1,接通电源放开小车,用纸带记录小车的运动情况,取下纸带并在纸带上标上号码。 7.继续在小车上加放砝码,重复步骤6,多做几次实验,在每次得到的纸带上标上号码。 数据处理 1.保持小车质量不变时,计算各次小盘和砝码的重力(作为小车的合力)及对应纸带的加速度,填入表(一)中。 表(一) 实验次数 加速度a/(m·s-2) 小车受力F/N 1 2 3 4 2.保持小盘内的砝码个数不变时,计算各次小车和砝码的总质量及对应纸带的加速度,填入表(二)中。 表(二) 实验次数 加速度a/(m·s-2) 小车和砝码的总质量m/kg 1 2 3 4 3.以a为纵坐标,F 为横坐标,根据各组数据描点,如果这些点在一条过原点的直线上,说明a与F成正比。 4.以a为纵坐标,1m为横坐标,描点、连线,如果该线过原点,就能判定a与m成反比。 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砂(m砂表示砂及桶的总质量)时,细绳对小车的拉力大小近似等于砂及桶的总重力m砂g。? (4)实验数据处理的科学方法: 。? (5)将a-M车图象转化为a-1M车图象,所用的科学方法: 。(以上各空均选填“理想实验法”“图象法”“平衡摩擦力法”“化曲为直法”“控制变量法”或“近似法”)? 解析 (1)由于小车运动受到摩擦阻力,所以要平衡摩擦力,以减小实验误差,称为平衡摩擦力法。 (2)在探究加速度、力与质量三者关系时,先保持其中一个量不变,来探究其他两个量之间的关系,称为控制变量法。 (3)当小车质量M车?m砂(m砂表示砂及桶的总质量)时,细绳对小车的拉力大小近似等于砂及桶的总重力m砂g,称为近似法。 (4)通过图象研究实验的结果,称为图象法。 (5)在作图时,将a-M车图象转化为a-1M车图象,使图线由曲线转化为直线,称为化曲为直法。 答案 (1)平衡摩擦力法 (2)控制变量法 (3)近似法 (4)图象法 (5)化曲为直法 2.图甲为某同学设计的“探究加速度与小车所受合力F及质量m的关系”的实验装置简图,A为小车,B为电火花计时器,C为装有砝码的小桶,D为一端带有定滑轮的长木板。在实验中可认为细线对小车的拉力F大小等于砝码和小桶的总重力,小车运动的加 ... ...
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