探究:加速度与力、质量的关系

来源 :中学物理·高中 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liubin523
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  离开了科学的思维方法和实践活动的物理教学就是无源之水、无本之木.学生素质的培养就成了纸上谈兵.实验采用探究式教学,“轻实验结论,重探究过程”,让学生完成一次完整的实验探究并在探究中学到知识、学到方法.该实验应该先引领学生明确研究对象.涉及到三个物理量:加速度、力、质量.猜想:加速度与力、质量可能的关系.引导学生类比得出实验研究方法:控制变量法.
  各物理量的测量方法:(探究过程)
  (1)加速度a的常见处理方法:
  方法一如图1,物体的加速度可以用打点计时器、纸带来测量,用XⅡ-XⅠ=at2或者图象法计算a.
  方法二如图2,可以用光电门来求加速度.(目前实验设备较少)遮光条的宽度很小,遮光条通过光电门的时间很短,这段时间内的平均速度即为滑块通过光电门的瞬时速度,故v1=dΔt1,v2=dΔt2.滑块由光电门1到光电门2做匀加速直线运动, 由v22-v21=2ax可得:a=(dΔt2)2-(dΔt1)22x.
  方法三(1)用夹子同时放开,同时夹起两辆小车,用公式:x=12at2可以推出a∝x位移之比就是加速度之比,
  即a1a2=x1x2.
  (2)物体的质量M:天平.
  (3)物体的合外力F.(这是该实验的难点)
  合外力的简化过程:
  (Ⅰ)图1中小车受到重力、绳子的拉力、桌子的支持力以及摩擦力4个力的作用,小车的合外力等于绳子的拉力桌子的摩擦力这两个力的合力.实际实验中摩擦力难于处理.
  简化一使用气垫导轨,将水平桌面上的木板换成气垫导轨,可以忽略摩擦力的影响使得小车的合外力等于绳子的拉力,如图2.
  简化二平衡摩擦力:将长木板一端适当垫起一定高度,以平衡摩擦力,完成此项工作的标志就是不挂砂桶条件下小车能带动纸带匀速运动(通过打点计时器点痕间隔是否均匀来判定).
  (Ⅱ):在(Ⅰ)的基础之上,小车的合外力等于绳子的拉力,测量绳子的拉力数据的探究方案如下:
  ①直接在绳子上加装力传感器,直接读出拉力.
  ②处理mM:(实验中小车的实际加速度为a=mgM m,实验时把mg当成对M的拉力,即忽略m对加速度的影响,使加速度约为a=mgM,显然需mM)
  数据处理:数据采集以后,描点法作出a-1M以及a-F图象,根据图象得出结论.
  结论:(1)当M不变时,a与F的关系是a∝F.(2)当F不变时,a与m的关系是a∝1M.
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