2019学年高一物理同步精品课堂(提升版)：(讲)专题4.2实验：探究加速度与力、质量的关系(原卷版)

1、2019学年新物理人教版必修1同步精品课堂第四章牛顿运动定律4.2实验：探究加速度与力、质量的关系【实验目的】1学会用控制变量法研究物理规律。2验证牛顿第二定律。3掌握利用图象处理数据的方法。【实验原理】探究加速度 a 与力 F 及质量 M 的关系时，应用的基本方法是控制变量法，即先控制一个参量小车的质量 M 不变，探究加速度 a 与力 F 的关系；再控制小盘和砝码的质量不变，即力 F 不变，探究加速度 a 与小车质量 M 的关系。【实验器材】 打点计时器、纸带、复写纸、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘、夹子、细绳、低压交 流电源、导线、天平、刻度尺、砝码、薄木块。【实验步骤】1 称量质量：

2、用天平测小盘的质量mo和小车的质量 Mo。2安装器材：按照实验原理图所示装置把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细绳系在小车上 （即无小车牵引力 ）。3平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块，反复移动薄木块的位 置，直至小车在不挂小盘和砝码的情况下能沿木板做匀速直线运动为止。4.测量加速度：（1）保持小车的质量不变：把小车靠近打点计时器，挂上小盘和砝码，先接通电源，再让小车拖着纸带在木板上匀加速下滑，打出一条纸带。计算小盘和砝码的重力，即为小车所受的合 力，由纸带计算出小车的加速度，并把力和对应的加速度填入表（一）中。改变小盘内砝码的个数，并多做几次。（2）保持小盘内的砝码个

3、数不变：在小车上放上砝码改变小车的质量，让小车在木板上滑动打出纸带。计算砝码和小车的总质量M，并由纸带计算出小车对应的加速度，并将所对应的质量和加速度填入表 （二）中。改变小车上砝码的个数，并多做几次。表(一)实验次数2加速度 a/(m s)小车受力 F/N1234表(二)实验次数加速度2a/(m s )小车和砝码的总质量 M/kg小车和砝码的总质量的倒数M 11/kg1234【数据处理】1 计算加速度：在纸带上标明计数点，测量各计数点间的距离，根据逐差法计算各条纸带 对应的加速度。2作图象找关系：根据记录的各组对应的加速度a 与小车所受牵引力 F，建立直角坐标系，描点画 a -F 图象，如果

4、图象是一条过原点的倾斜直线，便证明加速度与作用力成正比。再根1据记录的各组对应的加速度 a 与小车和砝码总质量 M，建立直角坐标系，描点画a 说图象,如果图象是一条过原点的倾斜直线，就证明了加速度与质量成反比。【误差分析】1 .系统误差(1)产生原因：实验原理不完善引起的误差。本实验用小盘和砝码的总重力mg 代替对小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力。小盘和砝码的总质量越小于 小车的质量，由此引起的误差就越小。摩擦力平衡不准确、纸带和细绳不严格与木板平 行。减小方法:满足小盘和砝码的总质量远小于小车的质量。精确操作，确保平衡摩擦力以及纸带和细 绳严格与木板平行。2.偶然误

5、差(1) 产生原因：质量测量不准确、计数点间距离测量不准确。(2) 减小方法：多次测量求平均值。【注意事项】1. 平衡摩擦力：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。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。2. 实验条件：每条纸带都必须在满足小车的质量远大于小盘和砝码的总质量的条件下打出。只有如此，小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力。3. 一先一后一按住：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，且应在小车到达定滑轮前

6、按住小车。4作图：作图时，两坐标轴的比例要适当，要使尽可能多的点落在所作直线上，不在直线上 的点应尽可能对称地分布在所作直线两侧。另一个方案：保持力不变保持小车质量不变（一）实验方案原理1.控制卿不变，探尤与F的关系。在相同的时间内,两小车移动的距离分别为：1r1al= xx2测R；11 XiX22.同理.控制F相同， 探兀与加的关rrS*-厂xi_JT?2 的加速度？2 所受的拉力？为什么可以表示小车为什么可以表示小车为什么可以表系为什么可以表示小车 2 的质量？为什么又表示小车 2 的？（二）误差分析1 小车质量 m 应比重物的质量 m 大得多，其原理将在后面的牛顿运动定律的应用中专门讨

7、论。二者差距越小，图象线性越差。2夹口的密合性能，是造成误差的原因之一。由于小车的质量和速度较大，夹子不易夹住小 车的后拖线；有些时候夹子夹住一根拖线，而另一根未被夹住，对应小车仍向前运动，这些 都是造成位移误差的原因。3.小车运动停止时不能与定滑轮相碰。如果小车碰到定滑轮才松手让夹子夹住拖线，则与定 滑轮相碰的小车位移偏小，产生误差。【典型例题】【例题】 图甲为 验证牛顿第二定律”的实验装置示意图.砂和砂桶的总质量为m,小车和砝码的总质量为 M .实验中用砂和砂桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小.小车、硅码打点计时需合接交流电源砂、砂桶甲（1）实验中，为了使细线对小车的拉力等于小车所受的

8、合外力，先调节长木板一端滑轮的高度，使细线与长木板平行.接下来还需要进行的一项操作是（）A .将长木板水平放置，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，给打点计时器通电，调节m 的大小，使小车在砂和砂桶的牵引下运动，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动B .将长木板的一端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，撤去砂和砂桶，给打点计时器通电，轻推小车，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动C .将长木板的一端垫起适当的高度，撤去纸带以及砂和砂桶，轻推小车，观察判断小车是否做匀速运动（2）实验中要进行质量m 和 M 的选取，以下最合理的一组是（）A . M= 200 g, m= 10 g、15

9、 g、20 g、25 g、30 g、40 gB . M = 200 g, m=20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 gC.M = 400 g, m=10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 gD . M= 400 g,m=20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g图乙是实验中得到的一条纸带，A、B、C、D、E、F、G 为 7 个相邻的计数点，相邻的两个计数点之间还有四个点未画出.量出相邻的计数点之间的距离分别为XAB=4.22 cm、XBC=4.65 cm、XCD=5.08 cm、xDE= 5.49 cm、xEF= 5.91 cm、xFG= 6.34 cm.已知打点计时器的工作频率为 50 Hz,则小车的加速度 a=_m/s1 2.（结果保留 2 位有效数字）ABCDEFG7、【针对训练】 下图为用 DIS（位移传感器、数据采集器、计算机）研究加速度和力的关系”的实验装置.1 在该实验中必须采用控制变量法，应保持 _ 不变，用钩码所受的重力作为_，用 DIS 测小车的加速度.2 改变所挂钩码的