第16讲实验探究加速度与力、质量的关系

1、人人 教教 物物 理理实验实验“验证牛顿第二定律验证牛顿第二定律”是新课标省份必考实验前几年高考较少是新课标省份必考实验前几年高考较少涉及，但随着课改的深入，以后必将会加大对本实验的考查重点要掌握涉及，但随着课改的深入，以后必将会加大对本实验的考查重点要掌握验证性实验的基本原理和实验方法，本实验是验证物体的质量、加速度和验证性实验的基本原理和实验方法，本实验是验证物体的质量、加速度和所受合力之间的关系，一是掌握并应用控制变量法研究物理问题；二是得所受合力之间的关系，一是掌握并应用控制变量法研究物理问题；二是得到数据，会用列表法、图象法处理数据；三是实验的设计，处理好平衡摩到数据，会用列表法、图

2、象法处理数据；三是实验的设计，处理好平衡摩擦力和等效拉力问题；四是实验误差的分析擦力和等效拉力问题；四是实验误差的分析http:/ 主基 础 构 建导学建议导学建议人人 教教 物物 理理自主导学自主导学一、实验目的一、实验目的1 1探究加速度与力、质量的关系探究加速度与力、质量的关系2 2学会运用控制变量法研究物理规律学会运用控制变量法研究物理规律3 3会用图象处理实验数据会用图象处理实验数据二、实验原理二、实验原理控制变量法：当研究对象与两个或两个以上的参量发生牵连变控制变量法：当研究对象与两个或两个以上的参量发生牵连变化时，我们设法控制某些参量使之不变，而研究其中两个参量之间化时，我们设法

3、控制某些参量使之不变，而研究其中两个参量之间的变化关系的方法，这也是物理实验中经常采用的一种方法的变化关系的方法，这也是物理实验中经常采用的一种方法本实验的参量有本实验的参量有F F、m m、a a三个研究加速度三个研究加速度a a与力与力F F及质量及质量m m的关的关系时，我们先控制系时，我们先控制F F和和m m中的一个参量不变中的一个参量不变http:/ 教教 物物 理理三、实验器材三、实验器材沙桶沙桶( (含沙含沙) )、纸带及复写纸片、小车、一端附有定滑轮的长木板、纸带及复写纸片、小车、一端附有定滑轮的长木板、砝码、夹子、细绳、电磁打点计时器、导线、天平砝码、夹子、细绳、电磁打点计

4、时器、导线、天平( (带有砝码带有砝码) )、刻度尺、刻度尺四、实验步骤四、实验步骤1 1用天平测出小车和小桶的质量分别为用天平测出小车和小桶的质量分别为M M和和m m，把数值记录下来，把数值记录下来2 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上( (即不给小车加牵引力即不给小车加牵引力) )http:/ 教教 物物 理理3 3平衡摩擦：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木平衡摩擦：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木板，反复移动木板的位置，直至小车在斜面上保持匀速运动，这时板，反复移动木板的位置，直至小

5、车在斜面上保持匀速运动，这时小车拖着纸带运动时受到的阻力恰好与小车所受到的重力沿斜面向小车拖着纸带运动时受到的阻力恰好与小车所受到的重力沿斜面向下的分力平衡下的分力平衡4 4把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂小桶先接通电源打点再把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂小桶先接通电源打点再释放纸带，取下纸带，在打点纸带上标上纸带号码释放纸带，取下纸带，在打点纸带上标上纸带号码5 5保持小车的质量不变，在小桶内放入质量为保持小车的质量不变，在小桶内放入质量为m1m1的沙子，重复的沙子，重复步骤步骤4 4，在小桶内分别放入，在小桶内分别放入m2m2、m3m3的沙子，再重复步骤的沙子，再重复步骤4 4，m1m1、m

6、2m2、m3m3的数值都要记录在纸带上的数值都要记录在纸带上( (或表格内或表格内) )6 6在每条纸带上都选取一段比较理想的部分，按在每条纸带上都选取一段比较理想的部分，按“探究小车速探究小车速度随时间变化的规律度随时间变化的规律”实验中的方法算出每条纸带的加速度实验中的方法算出每条纸带的加速度a a. .http:/ 教教 物物 理理7 7用纵坐标表示加速度用纵坐标表示加速度a a，横坐标表示力，横坐标表示力F F，根据实验结果在，根据实验结果在坐标平面上画出相应的点若这些点在一条过原点的直线上，说明坐标平面上画出相应的点若这些点在一条过原点的直线上，说明加速度与作用力成正比加速度与作用力

7、成正比8 8保持沙子和小桶的质量不变，在小车上依次加砝码保持沙子和小桶的质量不变，在小车上依次加砝码( (并做好并做好记录记录) )，并重复步骤，并重复步骤4.4.用纵坐标表示加速度用纵坐标表示加速度a a，横坐标表示小车及砝，横坐标表示小车及砝码总质量的倒数，在坐标平面内根据实验结果画出相应的点，如果码总质量的倒数，在坐标平面内根据实验结果画出相应的点，如果这些点在一条过原点的直线上，就说明加速度与质量成反比这些点在一条过原点的直线上，就说明加速度与质量成反比 在在“探究加速度与力、质量的关系探究加速度与力、质量的关系”的实验中，下的实验中，下面说法中正确的是面说法中正确的是( () )A

8、A平衡摩擦力时，小桶应用细线通过滑轮系在小车上，但小平衡摩擦力时，小桶应用细线通过滑轮系在小车上，但小桶内不能装沙桶内不能装沙http:/ 1人人 教教 物物 理理B B实验中应始终保持小车和砝码的质量实验中应始终保持小车和砝码的质量M M远大于沙和小桶的质远大于沙和小桶的质量量m mC 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实验中如用纵坐标表示加速度，用横坐标表示小车和车内砝码的总质量，描出相应的点在一条直线上，即可证明加速度与质砝码的总质量，描出相应的点在一条直线上，即可证明加速度与质量成反比量成反比D D平衡摩擦力时，小车后面的纸带必须连好，因为运动过程平衡摩擦力时，小车后

9、面的纸带必须连好，因为运动过程中纸带也要受到阻力中纸带也要受到阻力【解析解析】M Mm m是为了减小系统误差，平衡摩擦力时必须将小车是为了减小系统误差，平衡摩擦力时必须将小车后面的纸带连好后面的纸带连好【答案答案】BDBDhttp:/ 教教 物物 理理五、注意事项五、注意事项1 1在实验中一定要使桶和沙的总质量远小于小车和砝码的总在实验中一定要使桶和沙的总质量远小于小车和砝码的总质量质量2 2平衡摩擦力时不要挂桶，应连着纸带，且接通电源判断平衡摩擦力时不要挂桶，应连着纸带，且接通电源判断小车是否做匀速直线运动可以直接观察，也可以用打点计时器打出小车是否做匀速直线运动可以直接观察，也可以用打点计

10、时器打出的纸带判定的纸带判定( (各点间间距相等各点间间距相等) )3 3小车应紧靠打点计时器，先接通电源后放开小车，且应在小车应紧靠打点计时器，先接通电源后放开小车，且应在小车达到滑轮前按住小车小车达到滑轮前按住小车4 4画画a aF F和和a a 图象时，应使尽可能多的点在所作直线图象时，应使尽可能多的点在所作直线上，不在直线上的点应尽可能均匀分布在直线两侧上，不在直线上的点应尽可能均匀分布在直线两侧http:/ 1人人 教教 物物 理理六、误差分析六、误差分析1 1质量的测量误差，纸带上打点间隔距离的测量误差，拉线或质量的测量误差，纸带上打点间隔距离的测量误差，拉线或纸带不与木板平行等都

11、会造成误差纸带不与木板平行等都会造成误差2 2因实验原理不完善造成误差因实验原理不完善造成误差探究加速度与质量成反比，与力成正比的实验中，所采用的牵探究加速度与质量成反比，与力成正比的实验中，所采用的牵引力由细绳拉力来提供，而计算时，采用的是桶和沙的总重力，这两引力由细绳拉力来提供，而计算时，采用的是桶和沙的总重力，这两者之间存在着差异当桶和沙通过细绳与小车一起运动时，由于桶和者之间存在着差异当桶和沙通过细绳与小车一起运动时，由于桶和沙也做匀加速直线运动，故其所受合外力不为零，沙也做匀加速直线运动，故其所受合外力不为零，mgmgF.FF.F为细绳上为细绳上的张力，也是细绳对小车的拉力因此，用这

12、种方法得到的结果必然的张力，也是细绳对小车的拉力因此，用这种方法得到的结果必然存在误差因此本实验要求桶和沙的总质量远小于车和砝码的质量，存在误差因此本实验要求桶和沙的总质量远小于车和砝码的质量，从理论上说，桶和沙的总质量与小车和砝码的总质量相比越小，误差从理论上说，桶和沙的总质量与小车和砝码的总质量相比越小，误差越小越小http:/ 教教 物物 理理3 3平衡摩擦力不准确从而造成误差平衡摩擦力不准确从而造成误差如果忘记了平衡摩擦或平衡摩擦不准确都会造成误差如果忘记了平衡摩擦或平衡摩擦不准确都会造成误差 a a、b b、c c、d d四位同学做四位同学做“探究加速度与力、质探究加速度与力、质量的

13、关系量的关系”的实验，设小车质量和车上砝码质量之和为的实验，设小车质量和车上砝码质量之和为M M，沙及沙，沙及沙桶的总质量为桶的总质量为m m，分别得出如图甲、乙、丙、丁四个图线，其中图，分别得出如图甲、乙、丙、丁四个图线，其中图甲、乙、丙是甲、乙、丙是a aF F图线，图丁是图线，图丁是a a 图线则以下说法中正确的图线则以下说法中正确的是是( () )http:/ 2M1人人 教教 物物 理理A Aa a、b b两位同学较好地把握了实验条件两位同学较好地把握了实验条件M Mm mB Bc c、d d两位同学则没有把握好实验条件两位同学则没有把握好实验条件M Mm mC Ca a同学长木板的

14、倾角太小，而同学长木板的倾角太小，而b b同学长木板的倾角太大同学长木板的倾角太大D Da a、b b、c c三位同学中，三位同学中，c c同学较好地完成了平衡摩擦力的操作同学较好地完成了平衡摩擦力的操作【解析解析】图线为直线，表明图线为直线，表明M Mm m；a aF F图线与图线与F F轴交于原点右侧轴交于原点右侧表明表明f f平衡不够，平衡不够，a aF F图线与图线与a a轴交于原点上方，表明轴交于原点上方，表明f f平衡过甚；平衡过甚；a aF F图线过原点，表明图线过原点，表明f f平衡恰当平衡恰当【答案答案】ABCDABCDhttp:/ 教教 物物 理理题型一：对实验操作及原理的

15、理解题型一：对实验操作及原理的理解 在在“探究加速度与力、质量的关系探究加速度与力、质量的关系”实验中，采用实验中，采用如图甲所示的实验装置，小车及车中砝码的质量用如图甲所示的实验装置，小车及车中砝码的质量用M M表示，盘及盘中表示，盘及盘中砝码的质量用砝码的质量用m m表示，小车的加速度可由小车后拖动的纸带由打点计表示，小车的加速度可由小车后拖动的纸带由打点计时器打上的点计算出时器打上的点计算出(1)(1)当当M M与与m m的大小关系满足的大小关系满足_时，才可以认为绳对小车时，才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘及盘中砝码的重力的拉力大小等于盘及盘中砝码的重力http:/ 型型 方方 法法

16、例题1人人 教教 物物 理理(2)(2)一组同学在做加速度与质量的关系实验时，保持盘及盘中砝一组同学在做加速度与质量的关系实验时，保持盘及盘中砝码的质量一定，改变小车及车中砝码的质量，测出相应的加速度，采码的质量一定，改变小车及车中砝码的质量，测出相应的加速度，采用图象法处理数据为了比较容易地检查出加速度用图象法处理数据为了比较容易地检查出加速度a a与质量与质量M M的关系，的关系，应该作应该作a a与与_的图象的图象(3)(3)图乙是图乙是A A同学根据测量数据作出的同学根据测量数据作出的a aF F图线，说明实验存在的图线，说明实验存在的问题是问题是_http:/ 教教 物物 理理(4)

17、B(4)B、C C同学用同一装置做实验，画出了各自得到的同学用同一装置做实验，画出了各自得到的a aF F图线图线如图丙所示，如图丙所示，A A、B B、C C同学做实验时的哪一个物理量取值不同？答同学做实验时的哪一个物理量取值不同？答：_._. 规范解析规范解析 设小车受到的拉力大小为设小车受到的拉力大小为T T，加速度大小为，加速度大小为a a，对小，对小车有车有T TMaMa对砝码有：对砝码有：mgmgT Tmamahttp:/ 教教 物物 理理http:/ 某同学设计了一个探究加速度某同学设计了一个探究加速度a与物体所受合力与物体所受合力F及质及质量量m间关系的实验图甲为实验装置简图，

18、间关系的实验图甲为实验装置简图，A为小车，为小车，B为打点计时器为打点计时器，C为装有沙的沙桶，为装有沙的沙桶，D为一端带有定滑轮的长方形木板实验中认为为一端带有定滑轮的长方形木板实验中认为细绳对小车的拉力细绳对小车的拉力F等于沙和沙桶的总重力，小车运动的加速度等于沙和沙桶的总重力，小车运动的加速度a可由可由纸带求得纸带求得例题2人人 教教 物物 理理(1)图乙为某次实验得到的纸带图乙为某次实验得到的纸带(交流电的频率为交流电的频率为50 Hz)，由图，由图中数据求出小车的加速度为中数据求出小车的加速度为_m/s2.http:/ 教教 物物 理理http:/ 教教 物物 理理(3)保持小车质量

19、不变，改为沙和沙桶质量，该同学根据实验数保持小车质量不变，改为沙和沙桶质量，该同学根据实验数据作出了加速度据作出了加速度a与合力与合力F的图象如图丁所示，该图象不通过原点，的图象如图丁所示，该图象不通过原点，明显超出偶然误差范围，其主要原因是明显超出偶然误差范围，其主要原因是_；试简要说明减小这一误差的方法：试简要说明减小这一误差的方法：_.规范解析规范解析(1)加速度加速度a(2)纵轴为纵轴为a，横轴为，横轴为 ，图象如图戊所示，图象如图戊所示http:/ 教教 物物 理理(3)图象不过原点，在横轴上有截距，说明未平衡摩擦力图象不过原点，在横轴上有截距，说明未平衡摩擦力(或平或平衡不够衡不够

20、)，减小这一误差的方法是在不挂沙和沙桶的情况下，垫高，减小这一误差的方法是在不挂沙和沙桶的情况下，垫高有打点计时器的木板的一端，给小车一初速度，使小车匀速下滑有打点计时器的木板的一端，给小车一初速度，使小车匀速下滑【答案答案】(1)3.03(2)如图戊所示如图戊所示(3)未平衡摩擦力未平衡摩擦力(或平衡不够或平衡不够)在不挂沙和沙桶的情况下，垫在不挂沙和沙桶的情况下，垫高有打点计时器的木板的一端，给小车一初速度，使小车匀速下滑高有打点计时器的木板的一端，给小车一初速度，使小车匀速下滑1 120092009年高考年高考上海卷上海卷 图甲为图甲为“用用DIS(DIS(位移传感器、数据位移传感器、数

21、据采集器、计算机采集器、计算机) )研究加速度与力的关系研究加速度与力的关系”的实验装置的实验装置http:/ 教教 物物 理理(1)在该实验中必须采用控制变量法在该实验中必须采用控制变量法,应保持应保持_不变，不变，用钩码所受的重力作为用钩码所受的重力作为_，用，用DIS测小车的加速度测小车的加速度(2)(2)改变所挂钩码的数量，多次重复测量在某次实验中根据测改变所挂钩码的数量，多次重复测量在某次实验中根据测得的多组数据可画出得的多组数据可画出a aF F关系图线关系图线( (如图乙所示如图乙所示) )http:/ 教教 物物 理理分析此图线的分析此图线的OA段可得出的实验结论是：段可得出的

22、实验结论是：_.(单选题单选题)此图线的此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是因是_A小车与轨道之间存在摩擦小车与轨道之间存在摩擦B导轨保持了水平状态导轨保持了水平状态C所挂钩码的总质量太大所挂钩码的总质量太大D所用小车的质量太大所用小车的质量太大 命题分析命题分析 本题考查对本题考查对“探究加速度和力的关系探究加速度和力的关系”原理的理解原理的理解和实验误差的分析和实验误差的分析http:/ 教教 物物 理理http:/ 教教 物物 理理22008年高考年高考宁夏理综卷宁夏理综卷物理小组在一次探究活动中测量物理小组在一次探究活动中测量滑块与木板之间的动摩擦因数实验装置如图甲所示，一表面粗糙滑块与木板之间的动摩擦因数实验装置如图甲所示，一表面粗糙的木板固定在水平桌面上，一端装有定滑轮；木板上有一滑块，其的木板固定在水平桌面上，一端装有定滑轮；木板上有一滑块，其一端与电磁打点计时器的纸带相连，另一端通过跨过定滑轮的细线一端与电磁打点计时器的纸带相连，另一端通过跨过定滑轮的细线与托盘连接打点