基礎(chǔ)梳理

知識(shí)精析

一、控制變量法

1．加速度是表示物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化快慢的物理量．根據(jù)事實(shí)經(jīng)驗(yàn)，加速度與物體的質(zhì)量有關(guān)．物體受力一定時(shí)，質(zhì)量越小，加速度就越大．加速度還與物體受力的大小有關(guān)，物體質(zhì)量一定時(shí)，受力越大，其加速度越大．

2．控制變量法：加速度a和質(zhì)量m、受力F都有關(guān)系．研究它們之間的關(guān)系時(shí)，先保持質(zhì)量不變，測量物體在不同的力的作用下的加速度，分析加速度與力的關(guān)系，再保持物體所受的力相同，測量不同質(zhì)量的物體在該力作用下的加速度，分析加速度與質(zhì)量的關(guān)系．這種先控制一個(gè)參量不變，研究其余參量之間變化關(guān)系的方法叫控制變量法

三、平衡摩擦力的目的和方法

1．目的：實(shí)驗(yàn)中小車要受到摩擦阻力的作用，增加了實(shí)驗(yàn)的難度．墊高水平木板不帶滑輪的一端，使小車自身重力沿斜面的分力平衡摩擦力，這樣小車所受拉力即為合力，提高了實(shí)驗(yàn)成功率．

2．方法：不掛托盤，使小車拖著紙帶，紙帶通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，并且使打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處于工作狀態(tài)，逐漸調(diào)節(jié)木板的傾角，使打下的紙帶點(diǎn)間距相等，則說明小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)，即平衡了摩擦力．

四、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

1．平衡摩擦力時(shí)不要掛重物，整個(gè)實(shí)驗(yàn)平衡了摩擦力后，不管以后是改變盤和砝碼的質(zhì)量還是改變小車及砝碼的質(zhì)量，都不需要重新平衡摩擦力．

2．實(shí)驗(yàn)中必須滿足小車和砝碼的質(zhì)量遠(yuǎn)大于小盤和砝碼的總質(zhì)量．只有如此，砝碼和小盤的總重力才可視為與小車受到的拉力相等．

3．各紙帶上的加速度a，都應(yīng)是該紙帶上的平均加速度．

4．作圖象時(shí)，要使盡可能多的點(diǎn)在所作直線上，不在直線上的點(diǎn)應(yīng)盡可能對(duì)稱分布在所作直線兩側(cè)．離直線較遠(yuǎn)的點(diǎn)是錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，可舍去不予考慮．

5．小車應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器且先接通電源再放手．

五、誤差分析

1．質(zhì)量的測量誤差、紙帶上打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)間隔距離的測量誤差，拉線或紙帶不與木板平行等都會(huì)造成誤差．

2．因?qū)嶒?yàn)原理不完善造成誤差：本實(shí)驗(yàn)中用小盤及砝碼的總重力代替小車受到的拉力(實(shí)際上小車受到的拉力要小于小盤及砝碼的總重力)，存在系統(tǒng)誤差．小盤及砝碼的總質(zhì)量越接近小車的質(zhì)量，誤差就越大；反之，小盤及砝碼的總質(zhì)量越小于小車的質(zhì)量，誤差就越?。?/p>

3．平衡摩擦力不準(zhǔn)造成誤差：在平衡摩擦力時(shí)，除了不掛小盤外，其他的都跟正式實(shí)驗(yàn)一樣(比如要掛好紙帶、接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器)，勻速運(yùn)動(dòng)的標(biāo)志是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶上點(diǎn)的距離相等．

方法指導(dǎo)

一、探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系

例1

某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中保持拉力不變，得到了小車加速度隨質(zhì)量變化的一組數(shù)據(jù)，如下表所示．實(shí)驗(yàn)次數(shù)加速度a/(m·s－2)小車與砝碼總質(zhì)量m/kg小車與砝碼總質(zhì)量的倒數(shù)

m－1/kg－110.290.205.020.250.254.030.220.303.340.180.352.950.160.402.5請(qǐng)你在圖21－2甲方格紙中建立合適坐標(biāo)系并畫出能直觀反映出加速度與質(zhì)量關(guān)系的圖線．

圖21-2甲

解析

先確定坐標(biāo)的含意，再按表格數(shù)據(jù)描點(diǎn)，最后把各點(diǎn)連成直線．

二、探究加速度與力的關(guān)系在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，若測得某一物體M一定時(shí)，a與F的關(guān)系的有關(guān)數(shù)據(jù)資料如下表.

(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)，畫出a－F圖象．

(2)從圖象可以判定：當(dāng)M一定時(shí)，a與F的關(guān)系為______．

若a與F成正比，圖象應(yīng)是一條過原點(diǎn)的直線．同時(shí)因?qū)嶒?yàn)中不可避免地出現(xiàn)誤差，描出的點(diǎn)不在一條直線上是很正常的，連線時(shí)應(yīng)使直線過盡量多的點(diǎn)，不在直線上的點(diǎn)應(yīng)大致對(duì)稱分布在直線兩側(cè)，離直線較遠(yuǎn)的點(diǎn)應(yīng)視為錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，不予考慮．a(chǎn)/(m·s－2)1.984.065.958.12F/N1.002.003.004.00

(1)a－F圖象如圖所示．

(2)由圖象可知a與F成正比關(guān)系．

答案

(1)如圖所示(2)正比關(guān)系

點(diǎn)評(píng)

因?yàn)閍與F成正比，所以盡量把圖線畫成通過原點(diǎn)，直線的斜率表示物體質(zhì)量的倒數(shù)．

變式訓(xùn)練1

某同學(xué)在做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，畫出了如圖21－3甲所示的三條圖線，這三條圖線表示實(shí)驗(yàn)中的________不同．

圖21-3甲

解析

如圖21－3乙所示，過F軸上的某一點(diǎn)作一條平行于a軸的直線，與三條圖線有三個(gè)交點(diǎn)，可以看出三個(gè)交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)a的值不同，a的值越小，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)越難改變，慣性越大，質(zhì)量也就越大，可見三條圖線對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)中物體的質(zhì)量不同，且斜率越小的，質(zhì)量越大．

圖21-3乙

答案小車的質(zhì)量

三、實(shí)驗(yàn)誤差分析

例3

用圖21－4甲所示的裝置研究質(zhì)量一定時(shí)加速度與作用力的關(guān)系．研究的對(duì)象是放在長木板上的小車，小車的質(zhì)量為M，長木板是水平放置的．小車前端拴著細(xì)輕繩，跨過定滑輪，下面吊著沙桶．實(shí)驗(yàn)中認(rèn)為細(xì)繩對(duì)小車的作用力F等于沙和桶的總重力mg.用改變沙的質(zhì)量的辦法來改變小車的作用力F，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測出小車的加速度a，得出若干組F和a的數(shù)據(jù)．然后根據(jù)測得的數(shù)據(jù)作出a－F

圖線．

圖21-4一學(xué)生作出圖21-4乙所示的圖線，發(fā)現(xiàn)橫軸上的截距OA較大，明顯地超出了偶然誤差的范圍，這是由于在實(shí)驗(yàn)中沒有進(jìn)行下面的步驟，即

.

解析

細(xì)繩對(duì)小車的拉力F達(dá)到一定的數(shù)值前，小車仍靜止，表示木板的摩擦力不能忽略，同時(shí)也表明該同學(xué)做實(shí)驗(yàn)時(shí)，沒有給實(shí)驗(yàn)裝置平衡摩擦力．

答案

給實(shí)驗(yàn)裝置平衡摩擦力

變式訓(xùn)練2

如果此學(xué)生根據(jù)測得的數(shù)據(jù)作出的a－F圖線如圖21－5所示，則：

圖21-5

(1)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)誤差的原因是什么？

答：______________________________________________________________________________.

(2)應(yīng)該怎樣處理這種情況？

答：________________________________________________________________________________.

解析

當(dāng)力F為零時(shí)，加速度不為零，就說明當(dāng)力為零時(shí)，小車仍在長木板上向下加速，其原因就是平衡摩擦力時(shí)長木板傾角過大，使得小車的重力沿斜面向下的分力大于小車所受滑動(dòng)摩擦力，所以應(yīng)重新調(diào)整木板，平衡摩擦力．

答案

(1)平衡摩擦力時(shí)，長木板的傾角過大

(2)減小長木板的傾角，重新平衡摩擦力

四、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

例4

在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)作用力一定時(shí)(懸掛的重物或沙桶重力不變)，探索加速度與質(zhì)量的關(guān)系時(shí)，下列說法正確的是(

)

A．平衡摩擦力時(shí)，應(yīng)將裝沙的小桶用細(xì)繩通過定滑輪系在小車上

B．每次改變小車質(zhì)量時(shí)，不需要重新平衡摩擦力

C．實(shí)驗(yàn)時(shí)，先放開小車，再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源

D．小車運(yùn)動(dòng)的加速度可用天平測出小車的質(zhì)量M和沙及沙桶的質(zhì)量m，直接用公式求出

解析

在平衡摩擦力時(shí)，不應(yīng)將裝沙的小桶通過定滑輪連在小車上，而是在木板后端墊上適應(yīng)厚度的薄片，再觀察小車能在木板上帶著紙帶勻速下滑即可，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；操作時(shí)應(yīng)先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源再放開小車，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；牛頓第二定律是本實(shí)驗(yàn)要達(dá)到的目標(biāo)，不能把它作為理論根據(jù)來計(jì)算加速度，其加速度只能從紙帶提供的數(shù)據(jù)計(jì)算得出，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤．

答案B

互動(dòng)平臺(tái)

育才老師教你探索問題

在《新課程標(biāo)準(zhǔn)》中，科學(xué)探究是同學(xué)們重要的學(xué)習(xí)目標(biāo)，對(duì)科學(xué)探究能力的要求大致表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1)提出問題能從日常生活、自然現(xiàn)象或?qū)嶒?yàn)觀察中發(fā)現(xiàn)與物理學(xué)有關(guān)的問題，并能表述這些問題，樹立發(fā)現(xiàn)問題比解決問題更重要的觀念．

(2)猜想與假設(shè)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和已有的知識(shí)對(duì)問題的成因提出猜想；對(duì)探究方向和可能出現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行推測與假設(shè)．

(3)制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)明確探究目的和已有條件，能設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過程并選擇所需器材；嘗試影響問題的主要因素，有控制變量的初步意識(shí)．

(4)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)能通過實(shí)驗(yàn)和觀察收集證據(jù)，通過信息資源收集資料，嘗試評(píng)估有關(guān)數(shù)據(jù)、資料的科學(xué)性；能按說明正確使用簡單的儀器，具有安全操作的意識(shí)．

(5)分析與論證能初步描述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或有