1、第第2節(jié)實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系節(jié)實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊弧?shí)驗(yàn)?zāi)康?.學(xué)會用控制變量法探究物理規(guī)律。學(xué)會用控制變量法探究物理規(guī)律。2.探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系。探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系。3.掌握利用圖像處理數(shù)據(jù)的方法。掌握利用圖像處理數(shù)據(jù)的方法。二、實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)二、實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)1.實(shí)驗(yàn)思路實(shí)驗(yàn)思路采用控制變量法：在探究加速度與力、質(zhì)量三者關(guān)系時(shí)，先讓其采用控制變量法：在探究加速度與力、質(zhì)量三者關(guān)系時(shí)，先讓其中一個(gè)量保持不變來探究其他兩個(gè)量之間的關(guān)系。如圖所示，將中一個(gè)量保持不變來探究其他兩個(gè)量之間的關(guān)系。如圖所示，將小車置于水平木板上，通過滑輪與槽碼相連

2、，小車在槽碼的牽引小車置于水平木板上，通過滑輪與槽碼相連，小車在槽碼的牽引下運(yùn)動。下運(yùn)動。(1)加速度與力的關(guān)系：保持小車質(zhì)量不變，通過改變槽碼的個(gè)數(shù)改變小車所受加速度與力的關(guān)系：保持小車質(zhì)量不變，通過改變槽碼的個(gè)數(shù)改變小車所受的拉力。測得不同拉力下小車運(yùn)動的加速度，分析二者之間的定量關(guān)系。的拉力。測得不同拉力下小車運(yùn)動的加速度，分析二者之間的定量關(guān)系。(2)加速度與質(zhì)量的關(guān)系：保持小車所受的拉力不變，通過在小車上增加重物改加速度與質(zhì)量的關(guān)系：保持小車所受的拉力不變，通過在小車上增加重物改變小車的質(zhì)量。測得不同質(zhì)量的小車在拉力下運(yùn)動的加速度，分析二者之間的變小車的質(zhì)量。測得不同質(zhì)量的小車在拉力

3、下運(yùn)動的加速度，分析二者之間的定量關(guān)系。定量關(guān)系。2.實(shí)驗(yàn)器材實(shí)驗(yàn)器材 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、復(fù)寫紙片、小車、一端附有定滑輪的長木板、槽碼、砝碼打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、復(fù)寫紙片、小車、一端附有定滑輪的長木板、槽碼、砝碼、夾子、細(xì)繩、交流電源、導(dǎo)線、天平、夾子、細(xì)繩、交流電源、導(dǎo)線、天平(帶有一套砝碼帶有一套砝碼)、刻度尺。、刻度尺。3.物理量的測量物理量的測量三、實(shí)驗(yàn)步驟三、實(shí)驗(yàn)步驟1.安裝器材：按如圖所示將實(shí)驗(yàn)器材安裝好安裝器材：按如圖所示將實(shí)驗(yàn)器材安裝好(小車上不系繩小車上不系繩)。2.用天平分別稱出小車和槽碼的質(zhì)量。用天平分別稱出小車和槽碼的質(zhì)量。3.阻力補(bǔ)償：把木板無滑輪的一端下面墊一薄木板，反

4、復(fù)移動其位置，使小車在不阻力補(bǔ)償：把木板無滑輪的一端下面墊一薄木板，反復(fù)移動其位置，使小車在不掛槽碼的情況下，能沿木板做勻速直線運(yùn)動掛槽碼的情況下，能沿木板做勻速直線運(yùn)動(紙帶上相鄰點(diǎn)的間距相等紙帶上相鄰點(diǎn)的間距相等)。4.把小車停在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處，掛上槽碼，先接通電源，再讓小車拖著紙帶在木板上勻把小車停在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處，掛上槽碼，先接通電源，再讓小車拖著紙帶在木板上勻加速下滑，打出一條紙帶，紙帶記錄了小車的運(yùn)動情況，取下紙帶并在紙帶上標(biāo)上加速下滑，打出一條紙帶，紙帶記錄了小車的運(yùn)動情況，取下紙帶并在紙帶上標(biāo)上編號及此時(shí)所掛槽碼總重力編號及此時(shí)所掛槽碼總重力mg。注意操作先后順序注意操作先后順序5

5、.加速度與力的關(guān)系：保持小車的質(zhì)量不變，改變槽碼的個(gè)數(shù)，重復(fù)步驟加速度與力的關(guān)系：保持小車的質(zhì)量不變，改變槽碼的個(gè)數(shù)，重復(fù)步驟4，多做幾，多做幾次實(shí)驗(yàn)，并記錄好相應(yīng)紙帶的編號及所掛槽碼的總重力。次實(shí)驗(yàn)，并記錄好相應(yīng)紙帶的編號及所掛槽碼的總重力。6.加速度與質(zhì)量的關(guān)系加速度與質(zhì)量的關(guān)系 (1)保持小車所受的合外力不變，在小車上加砝碼，接通電源后放開小車，用紙帶記保持小車所受的合外力不變，在小車上加砝碼，接通電源后放開小車，用紙帶記錄小車的運(yùn)動情況；取下紙帶，并在紙帶上標(biāo)上號碼及小車和砝碼的總質(zhì)量錄小車的運(yùn)動情況；取下紙帶，并在紙帶上標(biāo)上號碼及小車和砝碼的總質(zhì)量m1。 (2)繼續(xù)在小車上增加砝碼，

6、重復(fù)步驟繼續(xù)在小車上增加砝碼，重復(fù)步驟(1)，多做幾次實(shí)驗(yàn)，在每次實(shí)驗(yàn)得到的紙帶上，多做幾次實(shí)驗(yàn)，在每次實(shí)驗(yàn)得到的紙帶上標(biāo)上編號及小車和砝碼的總質(zhì)量標(biāo)上編號及小車和砝碼的總質(zhì)量m2、m3。7.求小車的加速度求小車的加速度a，將得到的數(shù)據(jù)填入相應(yīng)表格中，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。，將得到的數(shù)據(jù)填入相應(yīng)表格中，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。四、數(shù)據(jù)處理四、數(shù)據(jù)處理1.把小車在不同力作用下產(chǎn)生的加速度填在表中：把小車在不同力作用下產(chǎn)生的加速度填在表中：以以a為縱坐標(biāo)、為縱坐標(biāo)、F為橫坐標(biāo)，根據(jù)數(shù)據(jù)作為橫坐標(biāo)，根據(jù)數(shù)據(jù)作aF圖像，通過擬合測量點(diǎn)，作出圖像找圖像，通過擬合測量點(diǎn)，作出圖像找出規(guī)律，分析出規(guī)律，分析a與與F的

7、關(guān)系。的關(guān)系。物理量物理量123456作用力作用力F 加速度加速度a 2.把不同質(zhì)量的小車把不同質(zhì)量的小車(小車和砝碼小車和砝碼)在相同力的作用下產(chǎn)生的加速度大小填在表中：在相同力的作用下產(chǎn)生的加速度大小填在表中：五、實(shí)驗(yàn)結(jié)論五、實(shí)驗(yàn)結(jié)論1.保持物體質(zhì)量不變時(shí)，物體的加速度保持物體質(zhì)量不變時(shí)，物體的加速度a與所受力與所受力F成正比。成正比。2.保持力保持力F不變時(shí)，物體的加速度不變時(shí)，物體的加速度a與質(zhì)量與質(zhì)量m成反比。成反比。六、誤差分析六、誤差分析1.系統(tǒng)誤差：本實(shí)驗(yàn)用槽碼的總重力系統(tǒng)誤差：本實(shí)驗(yàn)用槽碼的總重力mg代替小車受到的拉力，而實(shí)際上小車所受的拉代替小車受到的拉力，而實(shí)際上小車所受

8、的拉力要小于槽碼的總重力。槽碼的總質(zhì)量越接近于小車的質(zhì)量，誤差越大；反之，槽力要小于槽碼的總重力。槽碼的總質(zhì)量越接近于小車的質(zhì)量，誤差越大；反之，槽碼的總質(zhì)量越小于小車的質(zhì)量，由此引起的誤差就越小。因此，滿足槽碼的總質(zhì)量碼的總質(zhì)量越小于小車的質(zhì)量，由此引起的誤差就越小。因此，滿足槽碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量就是為了減小因?qū)嶒?yàn)原理不完善而引起的誤差。遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量就是為了減小因?qū)嶒?yàn)原理不完善而引起的誤差。2.偶然誤差：阻力補(bǔ)償不準(zhǔn)確、質(zhì)量測量不準(zhǔn)確、計(jì)數(shù)點(diǎn)間距測量不準(zhǔn)確、紙帶和細(xì)偶然誤差：阻力補(bǔ)償不準(zhǔn)確、質(zhì)量測量不準(zhǔn)確、計(jì)數(shù)點(diǎn)間距測量不準(zhǔn)確、紙帶和細(xì)繩不嚴(yán)格與木板平行都會引起誤差。繩不嚴(yán)格與木

9、板平行都會引起誤差。七、注意事項(xiàng)七、注意事項(xiàng)1.阻力補(bǔ)償時(shí)不要掛重物，整個(gè)實(shí)驗(yàn)阻力補(bǔ)償后，不管以后是改變槽碼的質(zhì)量還是改阻力補(bǔ)償時(shí)不要掛重物，整個(gè)實(shí)驗(yàn)阻力補(bǔ)償后，不管以后是改變槽碼的質(zhì)量還是改變小車及砝碼的質(zhì)量，都不需要重新阻力補(bǔ)償。變小車及砝碼的質(zhì)量，都不需要重新阻力補(bǔ)償。2.實(shí)驗(yàn)中必須滿足小車和砝碼的總質(zhì)量實(shí)驗(yàn)中必須滿足小車和砝碼的總質(zhì)量槽碼的總質(zhì)量槽碼的總質(zhì)量。此時(shí)可認(rèn)為槽碼的重力近似等于繩的拉力此時(shí)可認(rèn)為槽碼的重力近似等于繩的拉力3.改變拉力和小車質(zhì)量后，每次開始時(shí)小車應(yīng)盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，并應(yīng)先接通電改變拉力和小車質(zhì)量后，每次開始時(shí)小車應(yīng)盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，并應(yīng)先接通電源，待打點(diǎn)穩(wěn)定

10、后，再放開小車，且應(yīng)在小車到達(dá)滑輪前按住小車。源，待打點(diǎn)穩(wěn)定后，再放開小車，且應(yīng)在小車到達(dá)滑輪前按住小車。4.作圖像時(shí)，要使盡可能多的點(diǎn)在所作直線上，不在直線上的點(diǎn)應(yīng)盡可能對稱分布作圖像時(shí)，要使盡可能多的點(diǎn)在所作直線上，不在直線上的點(diǎn)應(yīng)盡可能對稱分布在所作直線兩側(cè)。在所作直線兩側(cè)。遠(yuǎn)大于遠(yuǎn)大于解析解析(1)由于小車運(yùn)動受到摩擦阻力，所以要進(jìn)行阻力補(bǔ)償，以減小實(shí)驗(yàn)誤差，稱由于小車運(yùn)動受到摩擦阻力，所以要進(jìn)行阻力補(bǔ)償，以減小實(shí)驗(yàn)誤差，稱為阻力補(bǔ)償法。為阻力補(bǔ)償法。(2)在探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系時(shí)，先保持其中一個(gè)量不變，來探究其他兩個(gè)在探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系時(shí)，先保持其中一個(gè)量不變，來探究其

11、他兩個(gè)量之間的關(guān)系，稱為控制變量法。量之間的關(guān)系，稱為控制變量法。(3)當(dāng)小車質(zhì)量當(dāng)小車質(zhì)量m車車m槽槽時(shí)，細(xì)繩對小車的拉力大小近似等于槽碼重力時(shí)，細(xì)繩對小車的拉力大小近似等于槽碼重力m槽槽g，稱為近，稱為近似法。似法。(4)通過圖像研究實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，稱為圖像法。通過圖像研究實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，稱為圖像法。答案答案(1)阻力補(bǔ)償法阻力補(bǔ)償法 (2)控制變量法控制變量法(3)近似法近似法 (4)圖像法圖像法 (5)化曲為直法化曲為直法F/N1.002.003.004.00a/(ms2)1.903.955.857.62表二表二(1)在如圖所示的相應(yīng)坐標(biāo)系中，根據(jù)表一、表二所給數(shù)據(jù)作出圖像。在如圖所示的相應(yīng)坐

12、標(biāo)系中，根據(jù)表一、表二所給數(shù)據(jù)作出圖像。答案答案(1)如圖所示如圖所示例例3 兩個(gè)相同的小車并排放在光滑水平桌面上，小車前端系上細(xì)線，線的另一兩個(gè)相同的小車并排放在光滑水平桌面上，小車前端系上細(xì)線，線的另一端跨過定滑輪各掛一個(gè)小盤，盤里分別放有不同質(zhì)量的砝碼端跨過定滑輪各掛一個(gè)小盤，盤里分別放有不同質(zhì)量的砝碼(圖甲圖甲)。小車所受。小車所受的水平拉力的水平拉力F的大小可以認(rèn)為等于砝碼的大小可以認(rèn)為等于砝碼(包括砝碼盤包括砝碼盤)所受的重力大小。小車后端所受的重力大小。小車后端也系有細(xì)線，用一只夾子夾住兩根細(xì)線也系有細(xì)線，用一只夾子夾住兩根細(xì)線(圖乙圖乙)，控制兩輛小車同時(shí)開始運(yùn)動和，控制兩輛小

13、車同時(shí)開始運(yùn)動和結(jié)束運(yùn)動。結(jié)束運(yùn)動。解析解析實(shí)驗(yàn)過程中，當(dāng)兩小車質(zhì)量相同時(shí)，砝碼實(shí)驗(yàn)過程中，當(dāng)兩小車質(zhì)量相同時(shí)，砝碼(包括砝碼盤包括砝碼盤)重力越大，相同時(shí)間重力越大，相同時(shí)間內(nèi)位移越大，則加速度越大，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)會發(fā)現(xiàn)，加速度與所受拉力成正比；若砝內(nèi)位移越大，則加速度越大，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)會發(fā)現(xiàn)，加速度與所受拉力成正比；若砝碼重力不變，即拉力不變時(shí)，質(zhì)量越大的小車，相同時(shí)間內(nèi)位移越小，即加速度越碼重力不變，即拉力不變時(shí)，質(zhì)量越大的小車，相同時(shí)間內(nèi)位移越小，即加速度越小，進(jìn)行測量分析知，加速度與質(zhì)量成反比。如果砝碼小，進(jìn)行測量分析知，加速度與質(zhì)量成反比。如果砝碼(包括砝碼盤包括砝碼盤)的重力的重力G遠(yuǎn)

14、小遠(yuǎn)小于小車的重力于小車的重力Mg時(shí)，時(shí)，G近似等于拉力近似等于拉力F。答案答案加速度與拉力成正比加速度與質(zhì)量成反比加速度與拉力成正比加速度與質(zhì)量成反比 GMg總結(jié)提升兩種實(shí)驗(yàn)研究方法總結(jié)提升兩種實(shí)驗(yàn)研究方法(1)控制變量法：當(dāng)研究多個(gè)物理量間的變化規(guī)律時(shí)，為了簡便，可設(shè)計(jì)保持其他物控制變量法：當(dāng)研究多個(gè)物理量間的變化規(guī)律時(shí)，為了簡便，可設(shè)計(jì)保持其他物理量不變，只研究剩余兩個(gè)變化物理量的關(guān)系，這種方法叫作控制變量法理量不變，只研究剩余兩個(gè)變化物理量的關(guān)系，這種方法叫作控制變量法.兩個(gè)相同兩個(gè)相同的小車放在水平木板上，前端各系一條細(xì)繩，繩的另一端跨過定滑輪與槽碼相連，改的小車放在水平木板上，前端

15、各系一條細(xì)繩，繩的另一端跨過定滑輪與槽碼相連，改變槽碼的數(shù)目進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，就可以驗(yàn)證質(zhì)量一定的條件下，加速度與力的關(guān)系。變槽碼的數(shù)目進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，就可以驗(yàn)證質(zhì)量一定的條件下，加速度與力的關(guān)系。(2)對比實(shí)驗(yàn)法：對比實(shí)驗(yàn)法在物理實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常用到。兩小車后端各系一條細(xì)繩，一對比實(shí)驗(yàn)法：對比實(shí)驗(yàn)法在物理實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常用到。兩小車后端各系一條細(xì)繩，一起被一個(gè)夾子夾著而使小車靜止起被一個(gè)夾子夾著而使小車靜止(如圖所示如圖所示)。打開夾子，兩小車同時(shí)開始運(yùn)動，關(guān)上。打開夾子，兩小車同時(shí)開始運(yùn)動，關(guān)上夾子，兩小車同時(shí)停下來。用刻度尺測出兩小車通過的位移，位移之比就等于它們的夾子，兩小車同時(shí)停下來。用刻度尺測出兩小

16、車通過的位移，位移之比就等于它們的加速度之比。加速度之比。要點(diǎn)三創(chuàng)新方案設(shè)計(jì)要點(diǎn)三創(chuàng)新方案設(shè)計(jì)例例4 為了探究加速度與力的關(guān)系，使用如圖所示的氣墊導(dǎo)軌裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其中為了探究加速度與力的關(guān)系，使用如圖所示的氣墊導(dǎo)軌裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其中G1、G2為兩個(gè)光電門，它們與數(shù)字計(jì)時(shí)器相連，當(dāng)滑塊通過為兩個(gè)光電門，它們與數(shù)字計(jì)時(shí)器相連，當(dāng)滑塊通過G1、G2光電門時(shí)，光束被光電門時(shí)，光束被遮擋的時(shí)間遮擋的時(shí)間t1、t2都可以被測量并記錄。滑塊連同上面固定的擋光片的總質(zhì)量為都可以被測量并記錄。滑塊連同上面固定的擋光片的總質(zhì)量為M，擋光片寬度為，擋光片寬度為D，光電門間距離為，光電門間距離為s，牽引鉤碼的質(zhì)量為，牽引鉤碼的質(zhì)量為m。回答下列問題。回答下列問題。(1)實(shí)驗(yàn)開始前應(yīng)先調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌下面的螺釘，使氣墊導(dǎo)軌水平，在不增加其他儀器實(shí)驗(yàn)開始前應(yīng)先調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌下面