实验4 探究加速度与力、质量的关系 课件（共32张PPT）

(共32张PPT)
第三章　牛顿运动定律
实验四　探究加速度与力、质量的关系
【实验目的】
学会用控制变量法探究物理规律．全面正确地认识加速度与力、质量的关系．
【实验原理】
1．加速度是表示物体运动状态变化快慢的物理量．根据事实经验，加速度与物体的质量有关．物体受力一定时，质量越小，加速度就越大．加速度还与物体受力的大小有关，物体质量一定时，受力越大，其加速度越大．
2．控制变量法：加速度a和质量m、受力F都有关系．研究它们之间的关系时，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．这种先控制一个参量不变，研究其余参量之间变化关系，再控制另一个参量不变，研究其余参量之间变化关系的方法叫控制变量法．
【实验器材】
砝码、一端有定滑轮的长木板、细线、纸带、导线、夹子、小盘、天平、小车、打点计时器、交流电源、复写纸、刻度尺．
【实验步骤】
1．测质量
用天平测量小盘的质量m0和小车的质量M0.
2．安仪器
按图将实验器材安装好(小车上不系绳)．
3．平衡摩擦力
把木板无滑轮的一端下面垫一薄木板，反复移动其位置，使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(直到打点计时器打出的纸带上相邻点的间距相等)．
4．测a、F
把小车停在打点计时器处，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，即为小车所受的合外力，由纸带计算出小车的加速度，并把小盘和砝码的重力和对应的加速度记录在表格中．
5．再重复
改变小盘内砝码的个数，重复步骤4，并多做几次实验．
6．测a、M
保持小盘内的砝码个数不变，在小车上放上砝码改变小车的质量，让小车在木板上运动打出纸带．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．
7．再重复
改变小车上砝码的个数，重复步骤6，所对应的质量和加速度也需记录在表格中．
【数据处理】
1．把小车在不同力作用下产生的加速度填在表中.
实验次数 加速度a/(m·s－2) 小车受力F/N
1
2
3
4
实验数据分析：根据记录的数据，作出a F图像，即在图中描点、连线．通过连线可知，在误差允许的范围内，所描绘的各点大致分布在同一条过坐标原点的直线上．
2．把不同质量的小车在相同力的作用下产生的加速度填在表中．
实验次数 加速度a/(m·s－2) 小车质量M/kg
1
2
3
4
3．实验结论
(1)保持物体质量不变时，物体的加速度a与所受力F成正比．
(2)在力F不变时，物体的加速度a与质量M成反比．
【误差分析】
1．因实验原理不完善造成系统误差．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．
2．测量、操作不够准确造成偶然误差.
(1)质量的测量误差．
(2)纸带上打点计时器打点间隔距离的测量误差．
(3)拉线或纸带与木板不平行会造成误差．
(4)平衡摩擦力不够(或过度)造成的误差，该误差使作出的图线在横轴(或纵轴)上产生截距．
【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，不管以后是改变小盘和砝码的质量还是改变小车和砝码的质量，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总质量远大于小盘和砝码的总质量．
3．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．
4．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对称分布在所作直线两侧．
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：
一、对实验原理和步骤的理解
A．用天平称出小车和小桶及其中所装沙子的质量．
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沙桶．
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．保持小桶及其中沙子的质量不变，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__________，该步骤应排在__________步骤之后．
(2)在上述步骤中，有错误的是__________，应把__________改为__________.
(3)在上述步骤中，处理不恰当的是__________，应把__________改为__________.
在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，利用如图所示的装置．
(1)本实验采用的实验方法是__________.
A．控制变量法 B．假设法
C．理想实验法
二、数据处理和误差分析
①根据表中的数据在下图坐标系上作出a F图像．
②图线不过原点的原因可能是_______________.
(3)①作出的a F图像如图所示．
②由a F图像可知，当力F＜0.1 N时，小车没有动，说明此时小车所受的摩擦力没有完全平衡掉．
答案：(1)A　(2)CD　(3)①a F图像见解析　②未平衡摩擦力或平衡摩擦力不够
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