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1、一、實驗目的一、實驗目的(1)學會用控制變量法研究物理規(guī)律。學會用控制變量法研究物理規(guī)律。(2)探究加速度與力、質量的關系。探究加速度與力、質量的關系。(3)掌握靈活運用圖像處理問題的方法。掌握靈活運用圖像處理問題的方法。二、實驗原理二、實驗原理 控制變量法：在所研究的問題中，有兩個以上的參量控制變量法：在所研究的問題中，有兩個以上的參量在發(fā)生牽連變化時，可以控制某個或某些量不變，只研究在發(fā)生牽連變化時，可以控制某個或某些量不變，只研究其中兩個量之間的變化關系的方法，這也是物理學中研究其中兩個量之間的變化關系的方法，這也是物理學中研究問題時經常采用的方法。問題時經常采用的方法。 本實驗中，研究

2、的參量為本實驗中，研究的參量為F、m和和a，可以控制參量，可以控制參量m一定，研究一定，研究a與與F的關系，也可控制參量的關系，也可控制參量F一定，研究一定，研究a與與m的關系。的關系。三、實驗器材三、實驗器材 電磁打點計時器、復寫紙片和紙帶、一端有定滑輪電磁打點計時器、復寫紙片和紙帶、一端有定滑輪的長木板、小車、小盤、低壓交流電源、天平、砝碼、的長木板、小車、小盤、低壓交流電源、天平、砝碼、刻度尺、導線。刻度尺、導線。四、實驗步驟四、實驗步驟 圖實圖實41(1)用天平測量小盤的質量用天平測量小盤的質量m0和小車的質量和小車的質量M0。(2)把一端附有滑輪的長木板放在實驗桌上，并使滑輪伸出桌把

3、一端附有滑輪的長木板放在實驗桌上，并使滑輪伸出桌面，把打點計時器固定在長木板上遠離滑輪的一端，連接面，把打點計時器固定在長木板上遠離滑輪的一端，連接好電路。好電路。 (3)平衡摩擦力：小車的尾部掛上紙帶，紙帶穿過打點計平衡摩擦力：小車的尾部掛上紙帶，紙帶穿過打點計時器的限位孔，將木板無滑輪的一端稍微墊高一些，時器的限位孔，將木板無滑輪的一端稍微墊高一些，使小車在不掛小盤和砝碼的情況下，能沿木板做勻速使小車在不掛小盤和砝碼的情況下，能沿木板做勻速直線運動。這樣小車所受重力沿木板的分力與小車所直線運動。這樣小車所受重力沿木板的分力與小車所受摩擦力平衡。在保證小盤和砝碼的質量遠小于小車受摩擦力平衡。

4、在保證小盤和砝碼的質量遠小于小車質量的條件下，可以近似認為小盤和砝碼的總重力大質量的條件下，可以近似認為小盤和砝碼的總重力大小等于小車所受的合外力的大小。小等于小車所受的合外力的大小。(4)把小車停在打點計時器處，掛上小盤和砝碼，先接通電把小車停在打點計時器處，掛上小盤和砝碼，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。(5)改變小盤內砝碼的個數，重復步驟改變小盤內砝碼的個數，重復步驟4，并多做幾次。，并多做幾次。(6)保持小盤內的砝碼個數不變，在小車上放上砝碼改變小保持小盤內的砝碼個數不變，在小車上放上砝碼改變小車的質量

5、，讓小車在木板上滑動打出紙帶。車的質量，讓小車在木板上滑動打出紙帶。(7)改變小車上砝碼的個數，重復步驟改變小車上砝碼的個數，重復步驟6。五、數據處理五、數據處理(1)計算保持小車質量不變時，各次小盤和砝碼的重力計算保持小車質量不變時，各次小盤和砝碼的重力(作作為小車的合力為小車的合力)及對應紙帶的加速度填入表及對應紙帶的加速度填入表(一一)中。中。表表(一一)實驗次數實驗次數加速度加速度a/(ms2)小車受力小車受力F/N1234(2)計算保持小盤內的砝碼個數不變時，各次小車和砝碼的計算保持小盤內的砝碼個數不變時，各次小車和砝碼的總質量及對應紙帶的加速度，填入表總質量及對應紙帶的加速度，填入

6、表(二二)中。中。表表(二二)實驗次數實驗次數加速度加速度a/(ms2)小車和砝碼小車和砝碼的總質量的總質量M/kg1234六、注意事項六、注意事項(1)一定要做好平衡摩擦力的工作，也就是調出一個合適一定要做好平衡摩擦力的工作，也就是調出一個合適的斜面，使小車的重力沿著斜面方向的分力正好平衡的斜面，使小車的重力沿著斜面方向的分力正好平衡小車受的摩擦阻力。在平衡摩擦力時，不要把懸掛重小車受的摩擦阻力。在平衡摩擦力時，不要把懸掛重物的細線系在小車上，即不要給小車加任何牽引力，物的細線系在小車上，即不要給小車加任何牽引力，并要讓小車拖著打點的紙帶運動。并要讓小車拖著打點的紙帶運動。(2)實驗步驟實驗

7、步驟(2)、(3)不需要重復，即整個實驗平衡了摩擦力不需要重復，即整個實驗平衡了摩擦力后，不管以后是改變重物質量，還是改變小車和砝碼的后，不管以后是改變重物質量，還是改變小車和砝碼的總質量，都不需要重新平衡摩擦力?？傎|量，都不需要重新平衡摩擦力。(3)每條紙帶必須在滿足小車與車上所加砝碼的總質量遠大每條紙帶必須在滿足小車與車上所加砝碼的總質量遠大于重物質量的條件下打出。只有如此，重物重力才可視于重物質量的條件下打出。只有如此，重物重力才可視為小車受到的拉力。為小車受到的拉力。(4)改變拉力和小車質量后，每次開始時小車應盡量靠近改變拉力和小車質量后，每次開始時小車應盡量靠近打點計時器，并應先接通

8、電源，再放開小車，且應在打點計時器，并應先接通電源，再放開小車，且應在小車到達滑輪前按住小車。小車到達滑輪前按住小車。(5)作圖像時，要使盡可能多的點在所作直線上，不在直作圖像時，要使盡可能多的點在所作直線上，不在直線上的點應盡可能對稱分布在所作直線兩側。線上的點應盡可能對稱分布在所作直線兩側。(6)作圖時兩軸標度比例要選擇適當。各量須采用國際單位。作圖時兩軸標度比例要選擇適當。各量須采用國際單位。這樣作圖線時，坐標點間距不至于過密，誤差會小些。這樣作圖線時，坐標點間距不至于過密，誤差會小些。(7)為提高測量精度，可以采取下列措施：為提高測量精度，可以采取下列措施：應舍掉紙帶上開頭比較密集的點

9、，在后邊便于測量的地應舍掉紙帶上開頭比較密集的點，在后邊便于測量的地方找一個起點。方找一個起點。可以把每打五次點的時間作為時間單位，即從開始點起，可以把每打五次點的時間作為時間單位，即從開始點起，每隔四個點標出一個計數點，而相鄰計數點間的時間間隔每隔四個點標出一個計數點，而相鄰計數點間的時間間隔為為T0.1秒。秒。七、誤差分析七、誤差分析(1)質量的測量誤差，紙帶上打點計時器打點間隔距離的質量的測量誤差，紙帶上打點計時器打點間隔距離的 測量誤差，拉線或紙帶不與木板平行等都會造成誤差。測量誤差，拉線或紙帶不與木板平行等都會造成誤差。(2)因實驗原理不完善造成誤差：本實驗中用重物的重力因實驗原理不

10、完善造成誤差：本實驗中用重物的重力代替小車受到的拉力代替小車受到的拉力(實際上小車受到的拉力要小于重實際上小車受到的拉力要小于重物的重力物的重力)，存在系統(tǒng)誤差。重物質量越接近小車的質，存在系統(tǒng)誤差。重物質量越接近小車的質量，誤差就越大；反之，重物質量越小于小車的質量，量，誤差就越大；反之，重物質量越小于小車的質量，誤差就越小。誤差就越小。(3)平衡摩擦力不準造成誤差：在平衡摩擦力時，除了不掛平衡摩擦力不準造成誤差：在平衡摩擦力時，除了不掛重物外，其他的都跟正式實驗一樣重物外，其他的都跟正式實驗一樣(比如要掛好紙帶、比如要掛好紙帶、接通打點計時器接通打點計時器)，勻速運動的標志是打點計時器打出

11、，勻速運動的標志是打點計時器打出的紙帶上各點的距離相等。的紙帶上各點的距離相等。八、實驗改進八、實驗改進 本實驗中可以用氣墊導軌來代替長木板，這樣就省去了本實驗中可以用氣墊導軌來代替長木板，這樣就省去了平衡小車摩擦力的麻煩，小車的加速度也可以利用傳感器，平衡小車摩擦力的麻煩，小車的加速度也可以利用傳感器，借助于計算機來處理。借助于計算機來處理。例例1在探究物體的加速度在探究物體的加速度a與物體所受外力與物體所受外力F、物體、物體質量質量M間的關系時，采用如圖實間的關系時，采用如圖實42所示的實驗裝置。所示的實驗裝置。小車及車中的砝碼質量用小車及車中的砝碼質量用M表示，盤及盤中砝碼質量用表示，盤

12、及盤中砝碼質量用m表示。表示。 圖實圖實42(1)當當M與與m的大小關系滿足的大小關系滿足_時，才可以認為繩子對時，才可以認為繩子對小車的拉力大小等于盤和砝碼的重力。小車的拉力大小等于盤和砝碼的重力。(2)某一組同學先保持盤及盤中的砝碼質量某一組同學先保持盤及盤中的砝碼質量m一定來做實驗，一定來做實驗，其具體操作步驟如下，以下做法正確的是其具體操作步驟如下，以下做法正確的是_。(3)另兩組同學保持小車及車中的砝碼質量另兩組同學保持小車及車中的砝碼質量M一定，探究加一定，探究加速度速度a與所受外力與所受外力F的關系，由于他們操作不當，這兩組同的關系，由于他們操作不當，這兩組同學得到的學得到的aF

13、關系圖像分別如圖實關系圖像分別如圖實43甲、乙所示，其甲、乙所示，其原因分別是：原因分別是：圖實圖實43甲圖：甲圖：_；乙圖：乙圖：_。答案答案(1)mM(2)B(3)m過大過大(或或M過小過小)，造成，造成m不不是遠小于是遠小于M沒有平衡摩擦力或木板的傾角過小沒有平衡摩擦力或木板的傾角過小例例2某實驗小組利用如圖實某實驗小組利用如圖實44所示的實驗裝置來所示的實驗裝置來探究當合外力一定時，物體運動的加速度與其質量之間探究當合外力一定時，物體運動的加速度與其質量之間的關系。的關系。 圖實圖實44(1)由圖實由圖實44中刻度尺讀出兩個光電門中心之間的距離中刻度尺讀出兩個光電門中心之間的距離s24

14、 cm，由圖實，由圖實45中游標卡尺測得遮光條的寬度中游標卡尺測得遮光條的寬度d_ cm。該實驗小組在做實驗時，將滑塊從圖實。該實驗小組在做實驗時，將滑塊從圖實44所示位置由靜止釋放，由數字計時器可以讀出遮光條通過所示位置由靜止釋放，由數字計時器可以讀出遮光條通過光電門光電門1的時間的時間t1，遮光條通過光電門，遮光條通過光電門2的時間的時間t2，則滑塊經，則滑塊經過光電門過光電門1時的瞬時速度的表達式時的瞬時速度的表達式v1_，滑塊經過光，滑塊經過光電門電門2時的瞬時速度的表達式時的瞬時速度的表達式v2_，則滑塊的加速度，則滑塊的加速度的表達式的表達式a_。(以上表達式均用字母表示以上表達式

15、均用字母表示)圖實圖實45(2)在本次實驗中，實驗小組通過改變滑塊質量總共做了在本次實驗中，實驗小組通過改變滑塊質量總共做了6組組實驗，得到如下表所示的實驗數據。通過分析表中數據后，實驗，得到如下表所示的實驗數據。通過分析表中數據后，你得出的結論是你得出的結論是_。m/ga/(ms2)2502.023001.653501.334001.255001.008000.63(3)現需通過圖像進一步驗證你的結論，請利用表格數據，現需通過圖像進一步驗證你的結論，請利用表格數據， 在圖實在圖實46的坐標系中描點作出相應圖像。的坐標系中描點作出相應圖像。圖實圖實46(2)小車質量增加時，加速度卻在減小，但兩者的乘積不小車質量增加時，加速度卻在減小，但兩者的乘積不變，在合外力不變的情況下，物體運動的加速度跟物體變，在合外力不變的情況下，物體運動的加速度跟物體的質量成反比。的質量成反比。(3)描點連線如圖所示。描點連線如圖所示。