高一物理加速度实验报告

高一物理【实验：加速度与力、质量的关系】学习目标：
1、用比较法测量加速度；
2、用控制变量法探究加速度与力、质量的关系；
3、掌握利用图象处理数据的方法。

第一部分：课前自主学习，主动落实学案
一．实验原理
(1)采用控制变量法
当研究对象有两个以上的参量发生牵连变化时，我们设法控制某些参量使之不变，而研究其中两个参量之间的变化关系的方法，是物理实验中经常采取的一种方法．本实验有F、m、a三个参量，研究加速度a与F及m的关系时，我们应先控制一个参量不变，研究另外两个参量之间的关系．在该实验中要求先控制小车的质量不变，改变小车所受的拉力F，讨论a与F的关系；再控制小车所受的拉力F不变，改变小车的质量m，讨论a与m 的关系．
(2)要测量的物理量
小车与其上砝码的总质量M一用天平测出．
小车受的拉力F——用天平测出小盘和盘内砝码的总质量m，由F＝mg算出．
小车的加速度a——通过打点计时器打出的纸带测算出．
(3)平衡摩擦力的目的和方法
①目的：实验中小车要受到摩擦阻力的作用，增加了实验的难度．垫高水平木板不带滑轮的一端，使小车自身重力沿斜面的分力平衡摩擦力，这样小车所受拉力即为合力，提高了实验成功率．
②方法：不挂托盘，使小车拖着纸带，纸带通过打点计时器，并且使打点计时器处于工作状态，逐渐调节木板的倾角，使打下的纸带点间距相等，则说明小车做匀速直线运动，即平衡了摩擦力．
二．实验器材
打点计时器、纸带及复写纸、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘和砝码、细绳、低压交流电源、天平(带有一套砝码)、刻度尺．
第二部分：课堂互动探究，整合提升
一、探究加速度与力、质量的关系?
1．用天平测出小车和小盘(包括其中砝码)的质量分别为M0、m0，并把数值记录下来．
2．如图将实验器材安装好(小车上不系绳)．3．把木板无滑轮的一端下面垫一薄木板，平衡摩擦力．
4．将重物通过细绳系在小车上，接通电源放开小车，用纸带记录小车的运动情况；取
下纸带并在纸带上标上号码及此时所挂重物的重力m o g．
5．保持小车的质量不变，改变小盘(包括其中砝码)的质量，重复步骤4多做几次实验，
每次小车从同一位置释放，并记录好相应纸带重物的重力m1g、m2 g…
表1：M不变，加速度a与受力的关系
合外力不变，在小车上加
砝码，并测出小车和放上
砝码后的总质量M1，接
通电源放开小车，用纸带
记录小车的运动情况，取
下纸带并在纸带上标上
号码．
7．继续在小车上加
放砝码，重复步骤6，多做
几次实验，在每次得到的
纸带上标上号码．表2：F不变，加速度
与质量的关系
8．利用以上两表中的数据，分别在坐标系中作出M不变时，a一F图象和F不变时，a一M图象．
针对训练
1．如图所示，是某次利用气垫导轨探究加速度与力、质量关系的实验装置安装完毕后的示意图，图中A为砂桶，B为定滑轮，C为滑块及上面添加的砝码，D为纸带，E 为电火花计时器，F为蓄电池，电压为6 V，G是电键，请指出图中的三处错误。

二、分析、归纳、探究结论?
1．你在图(a)中画出的a一F图象是通过原点的直线吗?说明a与F成什么关系?
2．你在图(b)中画出的a一M图象是直线吗?你能从(b)图中得出a与质量M的定量关系吗?
3．你在图(c)中画出的a一1
M 图象是过原点的直线吗?你能由图象得出a与M的关系吗?
实验次数n小车质量M/kg加速度a/(m·s－2) 1
2
3
4
5
…
4．在误差允许的范围内得出的结论是：当M不变时，a与F成正比关系；当F不变时，a与M成反比关系．
【特别提醒】本实验中利用图象处理数据的优点：(1)直观地看出两个物理量间的关系；
(2)有效地减小实验误差，并排除实验中的错误数据．
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，不管以后是改变盘和砝码的质量还是改变小车及砝码的质量，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质量远大于小盘和砝码的总质量．只有如此，砝码和小盘的总重力才可视为与小车受到的拉力相等．
3．各纸带上的加速度a，都应是该纸带上的平均加速度．
4．作图象时，要使尽可能多的点在所作直线上，不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线的两侧．离直线较远的点是错误数据，可舍去不予考虑．
5．小车应靠近打点计时器且先接通电源再释放纸带．
误差分析
1．质量的测量误差、纸带上打点计时器打点间隔距离的测量误差，拉线或纸带不与木板平行等都会造成误差．
2．因实验原理不完善造成误差：本实验中用小盘及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及砝码的总重力)，存在系统误差．小盘及砝码的总质量
越接近小车的质量，误差就越大；反之，小盘及砝码的总质量越小于小车的质量，误差就越小．
3．平衡摩擦力不准造成误差：在平衡摩擦力时，除了不挂小盘外，其他的都跟正式实验一样(比如要挂好纸带、接通打点计时器)，匀速运动的标志是打点计时器打出的纸带上点的距离相等．
针对训练
2．在探究加速度与力、质量关系的实验中，若Array
测得某一物体受力F一定时，a与M的关系数据如下表所示：
(1)根据表中所列数据，画出a一1
图象．
M
(2)由a一1
关系可知，当F一定时，a与M成关系．
M
三、实验方案的探究
1．测量加速度的方案
采用较多的方案是使用打点计时器，在运动物体上安装一条连接打点计时器的纸带，根据纸带上打出的点来测量加速度．前面所述的实验方案，就是利用这种方法求取加速度的．它是根据在匀变速直线运动中，连续相等的时间丁内的位移之差△s＝aT2求出加速度．条件允许也可以采用气垫导轨和光电门测加速度，也可利用传感器和计算机．
如果物体做初速度为零的匀加速直线运动，那么，测量物体加速度最直接的办法就是
用刻度尺测量位移并用秒表测量时间，然后由a ＝
22x
t
算出．其实．在本节的实验中也可以不测加速度的具体数值，这是因为我们探究的是加速度与其他量之间的比例关系．因此，测量不同情况下(即不同受力时、不同质量时)物体加速度的比值就可以了．由于a ＝
2
2x t ，如果测出两个初速度为零的匀加速运动在相同时间内发生的位移x 1、x 2，位移之比等于加速度之比，即
11
22
a x =a x . 针对训练
3．如图所示，在研究牛顿第二定律的演示实验中，若1、2两个相同的小车所受拉力分别为F 1、F 2，小车及其中所放砝码的总质量分别为m 1、m 2，打开夹子后经过相同的时间两车的位移分别为x 1、x 2，则在实验误差允许的范围内，有 ( )
A ．当m 1＝m 2、F 1＝2F 2时，x 1＝2x 2
B ．当m 1＝m 2、F 1＝2F 2时，x 2＝2x 1
C ．当F 1＝F 2 、m 1＝2m 2时，x 1＝2x 2
D ．当F 1＝F 2 、m 1＝2m 2时，x 2＝2x 1 四、典例分析:
【例1】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：
A ．用天平称出小车和小桶及内部所装砂子的质量；
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砂桶；
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质量；
E．保持小桶及其中砂子的质量不变，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一M关系图象，并由图象确定a一M关系．
(1)该同学漏掉的重要实验步骤是，该步骤应排在步实验之后．
(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．
【例2】某同学设计了一个探究加速度a与物体所受合力F及质量m关系的实验，如图所示，图甲为实验装置简图(交流电的频率为50 Hz)．
(1)图乙为某次实验得到的纸带，根据纸带可求出小车的加速度大小为m/s2(保留两
位有效数字)．
(2)保持砂和砂桶质量不变，改变小车质量m，分别得到小车加速度a与质量m及对应
，数据如下表：
的1
m
请在如图所示的方格坐标纸中画
出a一
1
图
m
线，并依据图线求出小车加速度a与质量倒数1
关系式
之间的
m
是．
(3)保持小车质量不变，改变砂和砂桶质量，
该同学根据实验数据作出了加速度a随合
力F的变化曲线，如图所示．该图线不通过原点，请你分析其主要原因是。