2.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.探究加速度与力、质量的关系． 3.掌握利用图像处理数据的方法． 一、实验原理和方法 实验的基本思想———控制变量法 1．保持研究对象即小车的质量不变，改变砝码盘内砝码的质量，即改变作用力，测出小车的对应加速度，验证加速度是否正比(填“正比”或“反比”)于作用力． 2．保持砝码盘中砝码的质量不变，即保持作用力不变，改变研究对象即小车的质量，测出对应不同质量的加速度，验证加速度是否反比(填“正比”或“反比”)于质量． 二、实验器材 小车、砝码、小盘、细线、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． 三、实验步骤 1．用天平测出小车和小盘(包括其中砝码)的质量分别为M0、m0，并把数值记录下来． 2．按图所示将实验器材安装好(小车上不系绳)． 3．把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(包括其中砝码)的质量重复步骤4多做几次实验．每次小车从同一位置释放，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，并记录好相应纸带． 四、数据处理 1．把小车在不同力作用下产生的加速度填在下表中： 实验次数 加速度a/(m·s－2) 小车受力F/N 1 2 3 4 由以上数据画出它的a-F关系图像如图所示，由此得出实验结论． 2．把不同质量的小车在相同力作用下产生的加速度填在下表中： 实验次数 加速度a/(m·s－2) 小车质量M/kg 1 2 3 4 由以上数据画出它的a-M图像及a-图像，如图甲、乙所示，根据图像可以得出结论． 甲 乙 3．实验结论 物体的加速度跟所受的合力成正比(填“正比”或“反比”)，跟物体的质量成反比(填“正比”或“反比”)． 五、误差分析 1．小盘和砝码的总重力约等于小车所受的合外力，但会带来一定的误差．小车的质量与小盘和砝码的总质量相差越大，这种误差越小． 2．为减小测量长度时的偶然误差，可进行多次测量取平均值． 3．没有平衡摩擦力或摩擦力没有平衡好，实验中作出的a-F或a-图像不过原点． 六、注意事项 1．平衡摩擦力时不要挂重物，整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变盘和砝码的质量还是改变小车及砝码的质量，都不需要重新平衡摩擦力． 2．实验中必须满足小车和砝码的质量远大于小盘和砝码的总质量．只有如此，小盘和砝码的总重力才可视为与小车受到的拉力相等． 3．各纸带上的加速度都应是该纸带上的平均加速度． 4．作图像时，要使尽可能多的点在所作直线上，不在直线上的点应尽可能地对称分布在所作直线两侧．离直线较远的点是错误数据，可舍去不予考虑． 5．小车应靠近打点计时器，且先接通电源再放手. 【例1】 用如图所示的装置研究在作用力F一定时，小车的加速度a与小车质量M的关系，某位同学设计的实验步骤如下： A．用天平称出小车和小桶及内部所装砂子的质量； B．按图装好实验器材； C．把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂砂桶； D．将电磁打点计时器接在6 V电压的蓄电池上，接通电源，放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，并在纸带上标明小车的质量； E．保持小桶及其中砂子的质量不变，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a-M关系图像，并由图像确定a-M关系． (1)该同学漏掉的重要实验步骤是_____， ... ...
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