【创新设计】2014-2015高中物理3.2牛顿第一定律(第2课时)教科版必修1讲述.docVIP

PAGE  3.2 牛顿第一定律 第二课时 [目标定位]　1.学会用“控制变量法”探究加速度与力、质量的定量关系.2.会用图象表示加速度与质量、加速度与力之间的关系. 1．实验器材：小车、砝码、小桶、砂、细线、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、交流电源、纸带、刻度尺、天平． 2．实验原理：实验的基本思想——控制变量法 (1)保持研究对象即小车的质量不变，改变小桶内砂的质量，即改变作用力，测出小车的对应加速度，验证加速度是否与作用力成正比． (2)保持小桶中砂的质量不变，即保持作用力不变，改变研究对象的质量，测出对应不同质量的加速度，验证加速度是否与质量成反比． 　想一想： 实验中小车的加速度怎样得到？ 答案　通过打点计时器打出纸带，利用逐差法计算出小车的加速度. 一、实验方案的设计 1．三个物理量的测量方法——体会近似法 本实验???研究对象：放在“光滑”“水平面”上的小车(装置如图321所示)． 图321 (1)小车质量的测量：利用天平测出，在小车上增减砝码可改变小车的质量． (2)拉力的测量：当小桶和砂的质量远小于小车质量的情况下，可以认为小桶和砂的重力近似等于小车所受的拉力(合外力)，即F≈mg. (3)加速度的测量：由纸带根据公式Δx＝aT2，结合逐差法计算出小车的加速度． 2．实验数据的处理方法——图象法、“化曲为直”法 (1)研究加速度a和力F的关系 图322 以加速度a为纵坐标，以力F为横坐标，根据测量数据描点，然后作出图象，如图322所示，若图象是一条通过原点的直线，就能说明a与F成正比． (2)研究加速度a与质量M的关系 如图323甲所示，因为aM图象是曲线，检查am图象是不是双曲线，就能判断它们之间是不是反比例关系，但检查这条曲线是不是双曲线，相当困难．若a和M成反比，则a与eq \f(1,M)必成正比．我们采取“化曲为直”的方法，以a为纵坐标，以eq \f(1,M)为横坐标，作出aeq \f(1,M)图象，若aeq \f(1,M)图象是一条通过原点直线如图乙所示，说明a与eq \f(1,M)成正比，即a与M成反比． 　　　甲　　　　　　　　　　乙 图323 二、实验步骤 1．用天平测出小车的质量M，并把数值记录下来． 2．按图324所示的装置把实验器材安装好(小车上先不系绳)． 图324 3．平衡摩擦力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫一木块，反复移动木块位置，直到轻推小车在斜面上运动时可保持匀速直线运动为止(纸带上相邻点间距相等)． 4．在小桶里放入适量的砂，并把细绳系在小车上，在小车上加放适量的砝码，用天平测出小桶和砂的质量m，记录下来．接通电源，放开小车，待打点计时器在纸带上打好点后取下纸带，并设计表格如下． 次数123456小车加速度a/(m·s－2)砂和小桶的质量m/kg拉力F/N5.保持小车的质量不变，改变砂和小桶的质量，按步骤4再做5次实验． 6．在每条纸带上选取一段比较理想的部分，算出每条纸带对应的加速度的值，填入表格中． 7．用纵坐标表示加速度，横坐标表示作用力，根据实验结果画出小车运动的aF图象，从而得出aF的关系． 8．保持砂和小桶的质量不变，在小车上加放砝码，重复上面的实验，求出相应的加速度，并设计表格如下．根据实验结果画出小车运动的aeq \f(1,M)图象，从而得出aM的关系. 次数123456小车加速度a/(m·s－2)小车质量M/kg1/M/kg－19.整理实验器材，结束实验． 三、误差分析 1．托盘和砝码的总重力约等于小车所受的合外力，但会带来一定的误差．小车的质量与砂桶和砂的总质量相差越大，这种误差越小． 2．为减小长度测量时的偶然误差，可进行多次测量取平均值． 3．没有平衡摩擦力或摩擦力平衡不好，实验中作出的aF或aeq \f(1,M)图象不过原点． 四、注意事项 1．实验中小车靠近打点计时器且应先接通电源后释放小车． 2．在平衡摩擦力时，不要悬挂小桶，但小车应连着纸带且接通电源．用手轻轻地给小车一个初速度，如果在纸带上打出的点的间隔均匀，表明小车受到的阻力跟它受到的重力沿斜面向下的分力平衡． 3．改变砂的质量过程中，要始终保证砂桶(包括砂)的质量远小于小车的质量． 4．作图时应使所作的直线通过尽可能多的点，不在直线上的点也要尽可能的对称分布在直线的两侧，但若遇到个别偏离较远的点可舍去． 典例精析 例1　用如图325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： 图325 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