2012届湖南人教版学海导航新课标高中总复习(第1轮)物理：第3章_第7讲_实验：探究加速度与力、质

1．实验目的：探究加速度与外力、质量三者的关系．2．实验思路：本实验的基本思路是采用控制变量法．(1)保持物体的质量不变，测量物体在不同外力作用下的加速度，探究加速度与外力的关系．(2)保持物体所受的外力相同，测量不同质量的物体在该力作用下的加速度，探究加速度与力的关系．3．实验方案：本实验要测量的物理量有质量、加速度和外力．测量质量用天平，需要研究的是怎样测量加速度和外力．(1)测量加速度的方案：采用较多的方案是使用打点计时器，根据连续相等的时间T内的位移之差Δx＝aT2求出加速度．条件许可也可以采用气垫导轨和光电门．(2)提供并且测量物体所受的外力的方案：由于我们上述测量加速度的方案只能适用于匀变速直线运动，所以我们必须给物体提供一个恒定的外力，并且要测量这个外力．“1”4maFa对实验结果的分析是本实验的关键．如果根据实验数据描出的－图象和－图象都非常接近一条通过原点的直线，也只能说我们的实验结果是在质量不变．的条件下，加速度与外力成正比；在外力不变的条件下，加速度与质量成反比．这一结果决不能说找出了定律，一个定律的发现不可能是几次实验就能得出的．例1：(2009·江苏)“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”的实验装置如图371甲所示．(1)在平衡小车与桌面之间摩擦力的过程中，打出了一条纸带如图371乙所示．计时器打点的时间间隔为0.02s.从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，量出相邻计数点之间的距离．该小车的加速度a＝___________m/s2.(结果保留两位有效数字)(2)平衡摩擦力后，将5个相同的砝码都放在小车上．挂上砝码盘，然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中，测量小车的加速度．小车的加速度a与砝码盘中砝码总重力F的实验数据如下表：砝码盘中砝码总重力F(N)0.1960.3920.5880.7840.980加速度a(m·s－2)0.691.181.662.182.70请根据实验数据作出a－F的关系图象．(3)根据提供的实验数据作出的a－F图线不通过原点，请说明主要原因.答案：(1)0.16(或0.15)(2)如下图(3)未计入砝码盘的重力方法点拨：对于这类实验设计要注意：1．小车所受合力来源：等于砝码盘和砝码(也有砂和砂桶)的总重力；前提是：小车质量远大于砝码盘和砝码(也有砂和砂桶)的总质量．2．平衡摩擦力：实验中将长木板的一端稍微抬起，调整到小车能够在斜面上保持匀速直线运动．则小车拖纸带运动时所受的摩擦阻力等于小车所受重力在斜面方向上的分力．3．数据处理及结果分析利用图象处理数据是一种常用的重要方法．将实验中得到的数据通过描点作出图象，可以非常直观地看出两个物理量之间的关系，也可以有效地减小实验误差，确定并排除实验中测得的一些错误数据．在探究加速度与力的关系的实验中，以加速度a为纵坐标，力F为横坐标，根据各组数据在坐标系中描点．如果这些点在一条过原点的直线上，说明a与F成正比．“”“”111amaaaammmm在探究加速度与质量的关系的实验中，加速度与质量成反比实验上就是加速度与质量的倒数成正比，以加速度为纵坐标，以质量的倒数为横坐标建立直角坐标系，根据－图象是不是过原点的直线，就能判断与是否成反比．4．实验误差来源与分析(1)因实验原理不完善引起的误差．本实验中用砝码盘和砝码的重力代替小车所受的拉力，存在系统误差．(2)摩擦力平衡不准确、质量测量不准确、记数点间距测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差．例2：某学生用改正后的图372所示的装置做实验时，保持小车的质量不变，测得小车的加速度a和拉力F的数据如下表所示：F/N0.200.300.400.50a/(m·s－2)0.100.210.290.40根据表中的数据在图373中作出a－F图线．(1)把图线延长，看看图线是否通过原点？如果不通过原点，试分析在操作过程中可能遗漏了哪个步骤？(2)这条图线在F轴上截距有何物理意义？解析：根据表中数据描出的点和作出的图象(见图)，图象并没有通过原点．由图象可以看出，当F＝0.1N时a＝0，说明小车受到的摩擦力为0.1N.操作过程中可能遗漏了平衡摩擦力这一步骤．例2：(2009·全国Ⅰ)某同学为了探究物体在斜面上运动时摩擦力与斜面倾角的关系，设计实验装置如图374.长直平板一端放在水平桌面上，另一端架在一物块上．在平板上标出A、B两点，B点处放置一光电门，用光电计时器记录滑块通过光电门时挡光的时间．12cosdmABxAhBhAttf实验步骤如下：①用游标卡尺测量滑块的挡光长度，用天平测量滑块的质量；②用直尺测量之间的距离，点到水平桌面的垂直距离，点到水平桌面的垂直距离；③将滑块从点静止释放，由光电计时器读出滑块的挡光时间；④重复步骤③数次，并求挡光时间的平均值；⑤利用所测数据求出摩擦力和斜面倾角的余弦值；⑥多次改变斜面的倾角，重复实验步骤②③④⑤，作出f－cosα关系曲线．(1)用测量的物理量完成下列各式(重力加速度为g)：①斜面倾角的余弦cosα＝_________；②滑块通过光电门时的速度v＝______；③滑块运动时的加速度a＝__________；④滑块运动时所受到的摩擦阻力f＝______.(2)测量滑块挡光长度的游标卡尺读数如图3-75所示，读得d＝____________.2222121221()231222.62mddxhhxtxthhdxxgmcmt①②③④－答案：方法点拨：在研究加速度与力的关系时，其中力是指物体所受的合外力，因此找到物体所受的合外力是实验研究的关键，在得到合外力前，先要平衡摩擦力．然后实验还需测出物体的加速度，测加速度的方法有多种，如本实验中的利用光电门测出末速度，根据v2＝2ax得到加速度．