发布时间 : 星期一 文章浙江省2021高考物理一轮复习第三单元牛顿运动定律第12课时实验：探究加速度与力质量的关系讲义+提能作业更新完毕开始阅读65ecb103534de518964bcf84b9d528ea80c72f49
第12课时 实验:探究加速度与力、质量的关系
一、实验目的
1.学会用控制变量法研究物理规律。 2.探究加速度与力、质量的关系。 3.掌握灵活运用图像处理问题的方法。 二、实验原理
本实验的实验装置图如图所示:
1.保持质量不变,探究加速度跟物体受力的关系。 2.保持物体所受的力不变,探究加速度与物体质量的关系。 3.作出a-F图像和a-图像,确定其关系。 三、实验器材
小车、砝码、小盘、细绳、一端附有定滑轮的长木板、薄木块、打点计时器、低压交流电源(50Hz)、导线、纸带、复写纸、天平、刻度尺。 四、实验步骤
1.测量:用天平测量出小盘和砝码的总质量m'和小车的质量m。
2.安装:按照实验装置图把实验器材安装好,只是不把悬挂小盘的细绳系在小车上(即不给小车牵引力)。
3.平衡摩擦力:在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一薄木块,使小车在不挂砝码和小盘的情况下能匀速下滑。
4.实验操作
(1)将小盘通过细绳绕过定滑轮系于小车上,小车停在打点计时器处,先接通电源,后放开小车,打出一条纸带,取下纸带编号码。并计算出小盘和砝码的总重力,即小车所受的合外力。
(2)保持小车的质量m不变,改变砝码和小盘的总质量m',重复步骤(1)。 (3)在每条纸带上选取一段比较理想的部分,计算加速度a。 (4)描点作图,作a-F图像。
(5)保持砝码和小盘的总质量m'不变,改变小车质量m,重复步骤(1)和(3),作a-图像。 五、数据处理
1.计算小车的加速度时,可使用“研究匀变速直线运动”的方法。利用打出的纸带,采用逐差法求加速度。
2.作a-F图像、a-图像找关系。 六、注意事项
1.在平衡摩擦力时,不要把悬挂小盘的细绳系在小车上,即不要给小车加任何牵引力,并要让小车拖着纸带匀速运动。
2.实验步骤2、3不需要重复,即整个实验平衡了摩擦力后,不管以后是改变小盘和砝码的总质量还是改变小车和砝码的总质量,都不需要重新平衡摩擦力。
3.每条纸带必须在满足小车与车上所加砝码的总质量远大于小盘和盘内砝码的总质量的条件下打出。只有如此,小盘和盘内砝码的总重力才可视为小车受到的拉力。
4.改变拉力和小车质量后,每次开始时小车应尽量靠近打点计时器,并应先接通电源,再放开小车,且应在小车到达滑轮前按住小车。
5.作图像时,要使尽可能多的点落在所作直线上,不在直线上的点应尽可能均匀分布在所作直线两侧。
6.作图时两轴标度比例要选择适当,各量须采用国际单位制中单位。这样作图线时,坐标点间距不至于过密或过疏,误差会小些。
7.提高测量精度
(1)应舍掉纸带上开头比较密集的点,在后边便于测量的地方找一个起点。
(2)可以把每打五次点的时间作为时间单位,即从起点起,每五个点标出一个计数点,而相邻计数点间的时间间隔为T=0.1s。 七、误差分析
1.质量的测量误差,纸带上打点计时器打点间隔距离的测量误差,细绳或纸带与木板不平行造成的误差。
2.因实验原理不完善造成误差:本实验中用小盘和砝码的总重力代替小车受到的拉力(实际上小车受到的拉力要小于小盘和砝码的总重力),存在系统误差。小盘和砝码的总质量
越接近小车的质量,误差就越大;反之,小盘和砝码的总质量越小于小车的质量,误差就越小。
3.平衡摩擦力不准造成误差:在平衡摩擦力时,除了不挂小盘外,其他的都跟正式实验一样(比如要挂好纸带、接通打点计时器),匀速运动的标志是打点计时器打出的纸带上各点的距离相等。
考点一 实验原理与操作
1.实验操作步骤
(1)平衡摩擦力时,小盘和砝码不能拴在小车上。 (2)改变小车质量时,不需要重新平衡摩擦力。 (3)实验过程中,应先接通电源,再放开小车。 2.实验原理的理解
(1)平衡摩擦力后,细绳的拉力即小车所受的合外力。
(2)只有满足小盘及盘内砝码的总质量远小于小车和车上砝码的总质量时,细绳的拉力才近似等于小盘及盘内砝码的总重力。
例1 如图所示是“探究加速度与力、质量的关系”实验装置:
(1)如图是实验时平衡摩擦力的情形,其中正确的是 (选填字母)。
(2)在平衡摩擦力后,当小车总质量 (填“远大于”“远小于”或“近似等于”)小盘及盘内砝码的总质量时,小盘及盘内砝码的总重力大小近似等于小车运动时所受的拉力大小。实验时可通过增减小盘中 (选填“50g砝码”或“1g砝码”)的个数来改变拉力的大小。
答案 (1)C (2)远大于 1g砝码
解析 (1)平衡摩擦力时,不挂托盘和砝码,将不带滑轮的一端垫起,使小车所受的重力沿斜面向下的分力与小车受到的摩擦力平衡,故C正确,A、B错误。
(2)设绳子上的拉力为F,根据牛顿第二定律,对小车有F=Ma,对小盘及盘内砝码有mg-F=ma,联立可得F=,由此可知,当小车总质量M远大于小盘及盘内砝码质量m时,绳对小车的拉力大小近似等于小盘及盘内砝码的重力。由上可知,实验时可通过增减小盘中1g砝码的个数来改变拉力的大小。
变式1 用图甲所示的实验装置探究加速度与力、质量的关系。 (1)完成平衡摩擦力的相关内容: A.取下砂桶,把木板不带滑轮的一端垫高;
B.接通打点计时器电源,轻推小车,让小车拖着纸带运动,如果打出的纸带如图乙所示,则应 (选填“增大”“减小”或“不改变”)木板的倾角,反复调节,直到纸带上打出的点迹 为止。
(2)某同学实验时得到如图丙所示的a-F图像(砂和砂桶质量远小于小车质量),则该同学探究的是:在 条件下, 成正比。
(3)上题中若砂和砂桶质量过大,不能远小于小车质量,则可能会出现下列哪种图像 。
答案 (1)减小 间隔相等
(2)小车质量一定 小车的加速度与所受作用力 (3)B
解析 (1)探究小车质量不变的情况下,小车的加速度与小车受到的力的关系,实验前要平衡摩擦力,可以在木板下面加垫块,让木板倾斜,使小车受到的重力沿斜面的分力与摩擦力大小相等,合力为零,达到平衡摩擦力的目的。由题图乙可知,纸带上两点之间的距离逐渐