实验：探究加速度与力质量的关系

1、第二节实验：探究加速度与力、质量的关系【课前学】一、实验目的1. 学会用控制变量法研究物理规律.2. 探究加速度与力、质量的关系.3. 掌握利用图象处理数据的方法.二、实验原理采用控制变量法：1. 保持物体质量m不变，探究加速度a与 力f的关系.2. 保持物体所受的力相同，探究加速度a 与质量m的关系.三、实验器材一端附有定滑轮的长木板；小车；带小钩的细绳；沙子和小桶；打点计时器；纸带及复写纸片；刻度尺；低压交流电源、导线；祛码；天平（带有一套祛码）四、实验步骤1. 用天平测出小车和小桶的质量m和m,把数值记录下来.2. 按图所示把实验器材安装好，只是不把悬挂小桶的细绳系在小车上（即不给小车加

2、牵引力）.3. 平衡摩擦力.4. 把细绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂小桶，先接通电源 再放开小车，取下纸带，在打点纸带上标上纸带号码.5. 保持小车的质量不变，在小桶内放入质量为m'的沙，重复步 骤4,在小桶内放入质量为m"、m 、的沙，再重复4, nv、m 、的数值都要记录在纸带上（或表格内）.6. 在每条纸带上都选取一段比较理想的部分，按“测定匀变速直线运动的加速度”实验中的方法算 出每条纸带的加速度a.7. 用纵坐标表示加速度，横坐标表示力，根据实验结杲在坐标平而上画岀相应的点.若这些点在一条直线上，便证明了加速度与作用力成正比，即半=寻或d2 r28. 保持沙和小桶的质

3、量不变，在小车上依次加祛码（也需做好记录），重复上述步骤4和步骤6.用纵处标表示加速度，横坐标表示小车及祛码总质量的倒数，在坐标平面上根据实验结果画出相应的点.如果这些点是在一条直线上，就证明加速度与质量成反比，即¥=乎或a*占.a? it1hl五、注意事项1. 平衡摩擦力吋不要挂重物，整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变盘和磁码的质量还是改变 小车及舷码的质竝，都不需要重新平衡摩擦力.2. 实验小必须满足小车和舷码的质量远大于小盘和弦码的总质虽.只有如此，舷码和小盘的总重力 才可视为与小车受到的拉力相等.3. 作图象时，要使尽可能多的点在所作直线上，不在直线上的点应尽可能对称分布

4、在所作直线两侧.离直线较远的点是错误数据，可舍去不了考虑.4. 小车应靠近打点计时器-r先接通电源再放手.一、实验操作例1在利用打点计吋器探究加速度与力、质量的关系的实验中，以下做法正确的是：a. 平衡摩擦力时，应将重物用细绳通过定滑轮系在小车上b. 每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力c. 实验时，先放开小车，后接通电源d. “重物的质量远小于小车的质量”这一条件如不满足，对探究过程也不会产生影响二、数据处理例2在做“探究加速度与力、质量的关系”的实验吋，计算出各纸带的加速度后，将测得的加速度a 和力f的有关数据记录在表1中.将测得的反映加速度a和质量m的数据列在表2屮.表1表2al(

5、ms 2)1.984.065.95&12f/n1.002.003.004.00"/(加$ 2)2.042.663.233.98轨10.500.670.801.00(1) 根据表中所列数据，分别画出a-f图彖和a-£的图彖.(2) 从图象可以判定：当m 定时，a与f的关系为；当f 一定时，a与m的关系为 三、误差分析例3某实验小组的几名同学在探究加速度与物体的质量以及外力关系的实验屮，当物体的质量-定 吋，分别根据实验数据画出了不同的实验图象，如图所示，下列说法中分析正确的是()4. 形成图甲的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大b. 形成图乙的原因是平衡摩擦力时长木板倾

6、角过小c. 形成图丙的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过人d. 形成图丁的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小【当堂清】1. 在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，关于平衡摩擦力的说法中正确的是()a. “平衡摩擦力”的本质就是想法让小车受到的摩擦力为零b. “平衡摩擦力”的本质就是使小车所受的重力在沿斜面方向的分力与所受到的摩擦阻力相平衡c. “平衡摩擦力”的目的就是要使小车所受的合力等于所挂舷码通过细绳对小车施加的拉力d. "平衡摩擦力”是否成功，可由小车拖动后由打点计时器打出的纸带上的点迹间距是否均匀而确定2. 在用实验探究加速度和力的关系时，下列关于实验的思路和数据分析，正确的是

7、（）久实验的基本思想是：保持物体的质量不变，测量物体在不同力作用下的加速度，分析加速度与力 的关系b. 实验的基本思想是：保持物体所受力相同，测量质量不同的物体在该力作用下的加速度，分析加 速度与质量的关系c. 在处理实验数据时，以a为纵坐标，f为横坐标，根据数据在坐标系中描点，若这些点在一条过 原点的直线上，说明a与f成正比d. 在处理实验数据时，以a为纵坐标，m为横坐标，根据数据在坐标系中描点，若这些点在一条过 原点的直线上，说明a与m成正比3如图所示，在研究牛顿第二定律的演示实验中，若1、2两个相同的小车所受拉力分别为r、f2,车 屮所放舷码的质量分别为nu、m2,打开夹子后经过相同的时

8、间两车的位移分别为xi、x2,则在实验误差 允许的范围内，有（）右a. 当 mj=m2> f=2f2时，x=2x2 b.当 m1 = m2s fi = 2f2时，x2=2x】丄翅連犷c.当 f| =尸2、ni| =2rri2 时，x）=2x2当 fi =f2、mi =2m2 时，x2 = 2x【4. 在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，关于小车所受的合力，下列叙述中正确的是（）久小车所受合力就是所挂吊盘和祛码的重力b. 小车所受合力的大小等于吊盘和舷码通过细绳对小车所施加的拉力c. 只有平衡摩擦力后，小车所受合力才等于细绳对小车的拉力d. 只有平衡摩擦力后，且小车的质量m远大于吊盘与

9、舷码的总质量时，小车所受合力可以认为等 于巾盘和舷码的重力5. 经过对加速度与物体的质量和合外力的关系的探究学习，已经知道物体的加速度a与物体受的力f及物体的质量m满足的关系式a-f,如果在光滑的水平面上有一质量为m的物体受到水平力f作用,从静止开始在t时间内移动了 x距离，今要使距离变为4x可采用以下哪一种方法（）a. 将水平恒力增为4fb. 将物体质量减为原来的一半c. 将作用时间增为2tf/n0.1960.2940.3920.4900.588a/(ms_ )0.250.380.901.201.536.在探究a与f、m关系的实验中，得到了如下一组实验数据:（1）在图所示的坐标中，画出af图

10、线.（2）从图中可以发现实验操作中的问题是什么？d. 将作用时间增为4t【探究与讨论】实验原理和注意的问题例1在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，下列说法中正确的是()平衡摩擦力时，托盘应用细线通过定滑轮系在小车上，但托盘内不能装舷码b. 实验中无需始终保持小车和砥码的总质量远远大于托盘和祛码的质量c. 实验中如用纵坐标表示加速度，用横坐标表示小车和车内硅码的总质量，描出相应的点在一条 直线上时，即可证明加速度与质量成反比d. 平衡摩擦力时，小车后面的纸带必须连好，因为运动过程中纸带也要受阻力拓展探究 在“探究牛顿第二定律”的实验中，为了探究滑块质量mo不变时，加速度与外力f的定 量关系，

11、祛码质量m和滑块质量m()分别选取下列四组值：a. mo=5oog, m分别为 50g,70g,100g,125 gb. m()=500g, m 分别为 20 g,30g,40g,50 gc. mo=2oog, m 分别为 50g,75g,100g,125gd. mo=2o()g, m 分别为 30 g,40 g,50 g,60 g若其他操作都正确，那么在选用组值测量时所画出的a-f图线较准确.实验操作问题例2用如图所示的装置研究在作用力f定时，小车的加速度a与小车质量m的关系，某位同学设打点计时器计的实验步骤如下：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；c.

12、把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂砂桶;d. 将电磁打点计时器接在6 v电压的蓄电池上，接通电源，放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，并在纸带上标明小车质量；e. 保持小桶及其中砂子的质量不变，增加小车上的琏码个数，并记录每次增加后的m值，重复上述 实验；f. 分析每条纸带，测量并计算出加速度的值；g. 作am关系图象，并由图象确定a m关系.(1) 该同学漏掉的重要实验步骤是，该步骤应排在步实验之后.(2) 在上述步骤中，有错误的是,应把改为.(3) 在上述步骤屮，处理不恰当的是,应把改为数据处理和误差分析例3某同学设计了一个探究加速度a与物体所受合力f及质量ni关系的实验，如图所示，图

13、甲为实 验装置简图(交流电的频率为5() hz).纸時运动方向（1）图乙为某次实验得到的纸带，根据纸带可求出小车的加速度大小为加/（保留两位有效数字）.（2）保持砂和砂桶质量不变，改变小车质量m,分别得到小车加速度a与质量m及对应的占 数据如下表:实验次数12345678小车加速度 a/（/?7-52）1.901.721.491.251.000.750.500.30小车质量 mi kg0.250.290.330.400.500.711.001.67丄/rg_ m $4.003.453.032.502.001.411.000.60请在如图所示的方格坐标纸中画出a-图线，并依据图线求出小车加速度a

14、与质量倒数补之间的关系式是 a/(ms")（3）保持小车质量不变，改变砂和砂桶质量，该同学根据实验数据作出了加速度a随合力f的变化图线，如图所示.该图线不通过原点，请你分析其主要原因是【当日清】1. 在本实验中，下列做法和理由正确的是（）a. 实验中所用电源为低压直流电源b. 可以将装有砂子的小桶用钩码代替，这样会使实验更加方便c. 实验结果不用a-m图象，而且a-1/m图象，是为了便于根据图象直观地作出判断d. 小车运动的加速度可用天平测出小桶和砂的质量（m和）以及小车质量m后直接用公式（m +m）g/m 求出+m'）m2. 两个相同的小车并排放在光滑水平桌而上，小车前端系

15、上细线，线的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘里分别放有不同质量的 舷码（图（6/）.小车所受的水平拉力f的大小可以认为等于祛码（包括磁码盘）所受的重力大小.小车后端也 系有细线，用一只夹子夹住两根细线（图（历），控制两辆小车同时开始运动和结束运动.由于两个小车初速度都是零，运动时间又相同，x = at2/2,即xf,只要测出两小车位移x之比就等于测出它们的加速度a之比.实验结果是：当小车质量相同时，当拉力f相等时，.实验屮用舷码(包括舷码盘)所受的重力g = mg的大小作为小车所受拉力f的大小，这样做会引起实验误差，为了减小这个误差，g与小车所受重力mg之间需要满足的关系是：.3. 用如图所示

16、装置，探究“加速度与力、质量的关系”的活动中:(1)某同学在接通电源进行实验之前，将实验器材组装如图所示.请你指出该装置中错误或不妥之处:(2)改正实验装置后，该同学顺利地完成了实验.图是他在实验中得到的一条纸带，图中相邻两计数点之间的时间间隔为0s,由图中的数据可算得小车的加速度a为单付：cml0.72 t.163-2.744.044. 同学们在做探究加速度与物体质量和合外力的关系的实验时：甲同学为了使小车受到的合外力等于小桶和砂的总重量，他采用如下两个措施： 平衡摩擦力：将2木板无滑轮的一端下面垫一小木块，反复移动木块的位置，直到小车在小桶的 拉动下带动纸带与小车一起做匀速直线运动； 调整砂的多少，使砂和桶的总质量m远小于