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朱兴杰博客

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DIS实验教学案例:牛顿第二定律  

2013-11-21 23:29:43|  分类: 教学偶得 |  标签: |举报 |字号 订阅

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  【设计探究方案】

1.    猜想加速度a与力F、质量m之间存在怎样的关系?如何研究加速度、力、质量的关系?

2.    怎样用实验测定a、F、m这些物理量?

3.    怎样设计数据采集器的表格及相关的图像坐标?

【实验目的】

1.    研究小车在质量一定的条件下,加速度与作用力的关系。

2.    研究小车在作用力一定的条件下,加速度与质量的关系。

3.    练习使用DIS实验设备。

【实验器材】

位移传感器、数据采集器、计算机,带滑轮的轨道,小车,小桶,小车专用重片,天平,弹簧测力计等。

 

 

图2-1位移传感器                             图2-2数据采集器

 

 

 

 

 

 

 

图2-3 实验装置图

1.    用DIS研究加速度与力的关系(质量m保持不变)

【具体实验过程】

①    用天平称装有位移传感器的小车的质量。

②    用弹簧测力计测出小桶加里面放置砝码的重力,并以此作为小车收到的拉力。

③    在轨道安装滑轮的一端,安装位移传感器的接收器,并与数据采集器连接。将细绳连接小车,跨过滑轮系住2个钩码。

④    开启电源(包括位移传感器发射器电源),运行DIS应用软件,点击“用DIS研究加速度与力的关系,加速度与质量的关系条目,释放小车测定加速度。

⑤    保持小车质量不变,改变钩码数量重复实验。

⑥    处理实验数据,归纳得出结论。

实验图像截图如下图所示:

图2-4 v-t图像

2.用DIS研究加速度与质量的关系(保持作用力F不变)

①    调节天平,测配重片的质量。

②    将位移传感器的接收器固定在轨道没有滑轮的一端,并连接到数据采集器,用细线连接小车,跨过滑轮系住三个钩码。释放小车,测定加速度。将加速度的平均值记录在表格中。

③    保持钩码数量不变(以保证小车收到的作用力不变),改变小车的质量(增加配重片数量),重复实验。

④    处理数据归纳得出结论。

2传统实验设计

【实验目的】

1.研究小车在质量一定的条件下,加速度与作用力的关系。

2.研究小车在作用力一定的条件下,加速度与质量的关系。

3.练习使用打点计时器。

【实验器材】

电火花打点计时器、纸带、小车、天平、带滑轮的木板、小桶、小车专用重片、弹簧测力计。

【实验过程】

1.    研究加速度与力的关系(保持小车质量不变)。

①调节天平,测小车的质量;用弹簧测力计测小桶加里面砝码的重力并以此作为小车的拉力。

②将木板放置在实验台上,调节木板,使小车放在木板上刚好处于静止状态。

③将小车末端与纸带相连,前端系细绳,绳子跨过定滑轮连接一个钩码;纸带穿过打点计时器。

④打开电源,释放小车,在小车带动下,打点计时器在纸带上留下一系列清晰的点。

⑤    小桶中增加或换较大质量的砝码,再重复上述实验。

⑥    利用纸带计算出相应的加速度,绘制a-F图像。

实验过程装置图如下:

图2-5 实验装置图

记录加速度与外力关系的实验数据,填入表格中。表格如下所示:

表2-1加速度与外力关系的实验数据表


研究加速度与外力的关系

 

m/g(砝码)

F/N

X/cm

a/m·s-2

1

14.10

1.38

14.82

0.64

17.40

2

24.10

2.36

20.60

1.05

24.80

3

34.10

3.34

30.20

1.44

35.94


根据上表中的数据,绘制a-F图像

 

 

 

 

 

 

 

                             图2-6 a-F图像

根据图像得出结论:在误差允许的范围内,当物体质量一定时,加速度与物体受到的外力成正比。

2.    研究加速度与质量的关系(保持小车所受作用力不变)

①    小桶中放置20g砝码,测量出第一次小车的质量为200.2g ,进行第一次实验,取下纸带。

②    安装新的纸带,并在小车中放入100g砝码,此时小车的总质量为300.2g ,进行第二次实验,取下纸带。

③    安装新的纸带,并在小车中再放入100g砝码,此时小车的总质量为400.2g ,进行第二次实验,取下纸带。

④    利用纸带,进行数据分析、研究。

记录加速度与质量关系的实验数据,填入表格中。表格如下所示

表2-2 加速度与质量关系的实验数据表

研究加速度与质量的关系

 

M/g(小车)

1/M

X/cm

a/m·s-2

1

200.20

5.00

20.60

1.05

24.80

2

300.20

3.33

17.46

0.71

20.30

3

400.20

2.50

15.80

0.55

17.98

根据上表中的数据,绘制a-1/m 图像。

 

 

 

 

 

 

 

 

图2-7 a-1/m 图像

【结论】根据图像可得,当小车受到的外力一定时,在误差允许的范围内,加速度与质量成反比。

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