实验：探究加速度与力、质量的关系》(人教版必修1)

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1、一、实验目的1.学会用控制变量法探究物理规律.2.探究加速度与力、质量的关系.二、实验原理控制变量法:加速度a和质量m、外力F都有关系，研究它们之间的关系时，先保持质量不变，测量物体在不同的力的作用下的加速度，分析加速度与力的关系；再保持物体所受的力相同，测量不同质量的物体在该力作用下的加速度，分析加速度与质量的关系.三、实验器材打点计时器、纸带、复写纸片、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘、砝码、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平(带有一套砝码)、刻度尺四、实验过程1.实验步骤(1)用天平测出小车和重物的质量

2、分别为M0、m0,并把数值记录下来.(2)按图将实验器材安装好(小车上不系绳).(3)平衡摩擦力,在长木板无滑轮的一端下面垫一薄木板,反复移动其位置,直到打点计时器正常工作后不挂重物的小车在斜面上做匀速直线运动为止(纸带上相邻点间距相等).(4)将重物通过细绳系在小车上,接通电源放开小车,用纸带记录小车的运动情况;取下纸带并在纸带上标上号码及此时所挂重物的质量m0,计算出重物的重力m0g.(5)保持小车的质量不变,改变所挂重物的质量,从而改变拉力,重复步骤(4),多做几次实验,并记录好相应纸带及重物的质量,进而计

3、算出重物的重力m1g、m2g、…(6)保持小车所受合外力不变,在小车上加放砝码,并测出小车与所放砝码的总质量M1,接通电源,放开小车用纸带记录小车的运动情况,取下纸带并在纸带上标上号码.(7)继续在小车上加放砝码,重复步骤(6),多做几次实验,在每次得到的纸带上标上号码.2.数据处理(1)物体的质量一定,加速度与受力的关系由表中数据，作出a-F图象，并得出结论(2)物体的受力一定，加速度与质量的关系由表中数据作出力F不变时a-M和a-1/M图象，并得出结论注意事项1.牵引小车的砝码应该有10g、20g、50g等规

4、格.没有小规格砝码，可用砂桶装砂替代，质量用天平称量.2.探究加速度和力的关系：小盘质量为200g，上面可加100g左右的砝码.所加砝码质量逐渐加大，但不要过大，砝码质量过大，会使图象线性变差.3.探究加速度与质量的关系：小车质量固定为300g，逐渐增加砝码至700～800g.4.避免小车与定滑轮碰撞，控制小车应在长板有效长度内运动.1.在本探究实验中，为什么可用相同时间内的位移之比表示加速度之比？提示：在本探究实验中，小车做初速度为0的匀加速直线运动.由匀加速直线运动的位移公式，式中v0=0，运动时间t相等，故

5、有a∝x，即，可用两车的位移之比表示加速度之比.2.为什么要平衡摩擦力？提示：若物体放在斜面上，恰能匀速下滑，物体所受合力为零.若此时再加一个沿斜面向下的拉力F，如图所示，力F就是物体受到的合力.3.试讨论分析：为什么本实验在处理实验数据时画的是a-1/M图象而不是画a-M图象.提示：本实验若画a-M图象，可以得到一条类似于双曲线的曲线，给我们暗示了a-M之间可能存在反比关系，但这样的判断并不够准确.因为直线最直观，所以此时，我们必须想办法把曲线转换成直线，也就是作出a-1/M图象，再进行分析.4.试总结：怎样由

6、实验结果得出结论?提示:由实验图象可知，在M一定时，是一条过坐标原点的倾斜直线，物体的加速度跟作用力成正比，即a∝F，在F一定时，a-图象是过原点的倾斜直线，物体的加速度跟质量成反比.误差分析1.小车质量M应比砝码及盘的质量m大得多，其原理将在后面的习题课中专门讨论.二者差距越小，图象线性越差.2.两个图象的分析如出现图中①的直线，说明平衡摩擦力时，平衡过大了.即拉力F=0时，已产生加速度，其加速度是由多余重力的分力形成的.图中②的直线，说明平衡摩擦力不够或根本没有平衡摩擦力，因为拉力为F0时才产生加速度.典例1

7、在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，研究作用力一定时加速度与质量的关系时，下列说法中错误的是()A.平衡摩擦力时，应将装砂的小桶用细绳通过定滑轮系在小车上B.每次改变小车质量时，不需要重新平衡摩擦力C.实验时，先放开小车，再接通打点计时器的电源D.在小车中增减砝码，应使小车和砝码的质量远大于砂和小桶的总质量解答本题应注意以下三点：1.实验条件；2.平衡摩擦力的目的和做法；3.打点计时器的规范操作.【规范解答】选A、C.平衡摩擦力时不应挂砂桶，只需将小车放在长木板上连接纸带，使长木板的一端垫高，当小车刚好能匀

8、速运动时，即平衡了摩擦力，A选项错误；当改变小车质量时，沿斜面向下的分力、摩擦力都跟质量成正比地改变，一次平衡后，就不用再平衡了，B选项正确；实验时应先接通电源，让打点计时器正常工作，再放开小车，才能打出完整的纸带，C选项错误；在小车中增减砝码时，必须保证小车和砝码的质量远大于小桶和砂的总质量，才能使小车受到的牵引力近似等于砂和桶的重力，因此D选项正确.典例2某同学做“探