加速度与质量及力的关系探究.doc

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1、探究“加速度与质量、力的关系”的实验方法北京顺义杨镇第一中学　范福瑛　　《探究加速度与质量、力的关系》实验是新课程实验考查的重点和热点，该实验可从设计实验方法、实验步骤、图象法处理实验数据、误差分析等角度设置问题，检验学生的综合实验能力，能很好地凸显新课程的教学要求。问题是探究的核心，下面就实验中几个重要问题进行精析，以求最优的实验方法。　　本实验研究小车（或滑块）的加速度a与其所受的合外力F、小车质量M关系，实验装置的主体结构如图所示。由于涉及到三个变量的关系，采用控制变量法，即：　　（1）控制小车的质量M不变，讨论a与F的

2、关系。　　（2）再控制托盘和钩码的质量不变即F不变，改变小车的质量M，讨论a与M的关系。　　（3）综合起来，得出a与F、M之间的定量关系。　　实验涉及三个物理量的测量：即质量、加速度、和力，其中加速度和力的测量方法具有探究意义。　　一、如何测量小车的加速度　　1．纸带分析方法　　例如：“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”的实验装置如图甲所示。在平衡小车与木板之间摩擦力的过程中，打出了一条纸带如图乙所示。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=__

3、____m/s2。（结果保留两位有效数字）　　用公式，t=0．1s，（3．68-3．52）m，代入求得加速度=0．16m/s2，也可以用最后一段和第二段的位移差求解，加速度=0．15m/s2。　　2．对比分析法　　实验装置如下图所示，在两条高低不同的导轨上放置两量小车，车的一端连接细绳，细绳的另一端跨过定滑轮挂一个小桶；车的另一端通过细线连接到一个卡口上，它可以同时释放两辆小车。辆车从静止开始做匀加速直线运动，相等时间内通过对位移与它们的加速度成正比，因此实验中不必计算出加速度，可以采用比较位移的方法，比较加速度的大小。例如：

4、某小组设计双车位移比较法来探究加速度与力的关系。通过改变砝码盘中的砝码来改变拉力大小。已知两车质量均为200g，实验数据如表中所示：实验次数小车拉力F/N位移s/cm拉力比F甲/F乙位移比s甲/s乙1甲0．122．30．500．51乙0．243．52甲0．229．00．670．67乙0．343．03甲0．341．00．750．74乙0．455．4　　分析表中数据可得到结论：在实验误差范围内当小车质量保持不变时，由于，说明。　　3．光电门计时法　　实验装置如下图所示，研究气垫导轨上滑块的加速度，滑块上安装了宽度为L的挡光片，如图

5、，滑块在牵引力作用下，先后通过两个光电门，配套的数字计时器记录了通过第一个光电门的时间t1，通过第二个光电门的时间t2，则　　小车通过第一个光电门的速度，小车通过第二个光电门的速度　　若测得两光电门间距为x，则滑块的加速度　　简化装置图　　4．DIS实验法　　采用DIS手段做实验具有快捷、方便、精确、细微的优点。　　例如测量小车下滑的加速度，位移传感器（发射器）随小车一起沿倾斜轨道运动，位移传感器（接收器）固定在轨道一端，如下图所示。　　数据采集器将位移传感接受器接收到的数据传入计算机，计算机进行数据处理，可以直接得到小车运动

6、的v-t图象，根据v-t图象可求出小车的加速度。　　比较以上四种方法，形式不同原理相似，都是利用运动学中公式或图象计算出来的加速度，只是实验中直接测量物理量不同。　　二、怎样测量小车所受的合外力F？　　1．平衡摩擦力　　小车所受的合外力等于小车受到的重力、支持力、摩擦力和绳子拉力的合力，若小车受到的重力、支持力、摩擦力的合力等于零，那么小车的合外力等于绳子的拉力。　　怎样实现小车运动时受到的重力、支持力、摩擦力的合力等于零呢？构建斜面情景，调节斜面的倾斜角度，使小车在重力、支持力、摩擦阻力的作用下做匀速运动，也就是重力的在斜面

7、方向的分力与摩擦力平衡，即平衡摩擦力。　　用实验方法检查平衡的效果：长木板的一端垫高一些，使之形成一个斜面，然后把实验用小车放在长木板上，轻推小车，给小车一个沿斜面向下的初速度，观察小车的运动情况，看其是否做匀速直线运动。如果基本可看作匀速直线运动，认为达到平衡效果。　　在实验开始后，小车运动的阻力不只是小车受到的摩擦力，还有纸带的摩擦力。上面的操作中没有考虑后者。所以平衡摩擦力正确的方法应该拖着纸带。检验平衡效果凭眼睛直接观察，判断小车是否做匀速直线运动不可靠。正确做法是：轻推小车，给小车一个沿斜面向下的初速度，观察小车的运

8、动，用眼睛看到小车近似匀速运动以后，保持长木板和水平桌面的倾角不变，并装上打点计时器及纸带，接通电源，使小车拖着纸带沿斜面向下运动．取下纸带后，如果纸带上打出的点子间隔基本上均匀，表明小车受到的阻力跟它的重力沿斜面的分力平衡。　　平衡摩擦力以后，实验中需在小车上增加或减少砝码