第2节　科学探究加速度与力质量的关系

第2节科学探究:加速度与力、质量的关系1.实验装置示意图知识清单破知识点1

实验原理与设计2.探究方法:控制变量法。(1)探究加速度与力的关系:保持小车的质量不变,改变重物(钩码或沙桶等)的质量(即改变

拉力),测出小车运动所对应的加速度,分析加速度与力的关系。(2)探究加速度与质量的关系:保持重物(钩码或沙桶等)的质量不变(即保持拉力不变),改变

小车中砝码的质量(即改变小车的质量),测出不同质量的小车对应的加速度,分析加速度与

质量的关系。1.测量质量:用天平测出小车和重物的质量分别为M、m,并把数据记录下来。2.安装器材:按实验装置示意图将实验器材安装好(小车上不系细绳)。3.平衡摩擦力:在长木板无滑轮的一端下面垫一薄木板,调节薄木板的位置,直到小车匀速下滑。4.具体操作(1)将挂有重物的细绳跨过定滑轮系于小车上,接通电源后放开小车打出纸带,取下纸带并

在纸带上标上号码以及此时重物的重力mg(重物的质量要远小于小车的总质量,此时可认

为小车所受拉力F等于重物的重力mg)。(2)保持小车质量M不变,改变重物的总质量m,重复步骤(1)。多做几次实验,每次小车从同一

位置释放,并记录好重物的重力m1g、m2g、m3g…。知识点2

实验步骤(3)保持重物的质量m不变,往小车上加砝码,改变小车的质量M,重复步骤(1)。多做几次实

验,每次小车从同一位置释放,并记录好加在小车上的砝码和小车的总重力M1g、M2g、M3g

…。(4)计算出每次实验小车的加速度的大小。1.计算法测得加速度或加速度之比(等于位移之比)后,通过计算,看结果是否满足:(1)M一定时,

=

;(2)F一定时,

=

。2.图像法(1)保持小车质量不变,探究加速度与力的关系。以加速度a为纵坐标,以力F为横坐标,根据测量数据描点,然后作出图像,如图甲所示,若a-F

图像是一条通过原点的倾斜直线,则可得出结论:在误差允围内,质量M不变时,加速

度a与力F成正比。知识点3

数据处理(2)保持力不变,探究加速度与质量的关系。以加速度a为纵坐标,以质量M为横坐标,作出图像,如图乙所示,由于a-M的图像为曲线,判断

a与M是否成反比关系较难,若a与M成反比,则a与

必成正比,我们采用“化曲为直”的方法,以加速度a为纵坐标,以质量的倒数

为横坐标,作出图像,如图丙所示,若a-

图像是一条通过原点的倾斜直线,则可得出结论:在误差允围内,力F不变时,加速度a与质量M

成反比。1.实验时,应先将小车放开,然后再接通电源。

(

)实验时应先接通电源,再释放小车。2.平衡摩擦力时,应将重物用细绳通过定滑轮系在小车上。

(

)平衡摩擦力时不能悬挂重物。3.每次在小车上加减砝码时,需要重新平衡摩擦力。

(

)4.“重物的质量远小于小车的总质量”这一条件如不满足,对探究过程不会产生影响。(

)本实验是用重物的重力代替细绳拉车的拉力,实验时必须满足“重物的质量远小于小车的

总质量”,否则小车受到的拉力明显小于重物的重力,会造成较大的实验误差。知识辨析判断正误，正确的画“√”，错误的画“✕”。✕✕✕✕5.在探究加速度a与质量M的关系时,为了直观判断二者间的关系,应作出a-

图像。(

)6.调节滑轮的高度,使细线与木板平行。

(

)√√情境探究某研究性物理学习小组共五人,分别用如图所示的装置做“探究加速度与力、质量的关

系”实验,共得到五组a、F的数据,五名成员分别根据自己的实验数据作出了对应的a-F图

像,其中四名成员的图像均为过原点的倾斜直线,但有一名成员的图像却是不过原点的倾斜

直线。请思考以下问题:疑难1实验误差分析疑难情境破问题1a-F图像不过原点的可能原因是什么?最大的可能是进行阻力补偿(平衡摩擦力及其他阻力)时出了问题。问题2如何帮助那名未得到过原点的a-F图像的成员将其图像纠正过来呢?若忘记进行阻力补偿(平衡摩擦力及其他阻力),a-F图像与F轴有交点,需要帮助该成

员进行阻力补偿(增大木板倾角);若阻力补偿过度时,a-F图像与a轴有交点,需要帮助该成员

减小木板倾角。提示提示问题3是否只要是“探究加速度与力、质量的关系”这个实验,就一定需要进行阻力补偿?就一

定需要满足细线所挂重物的质量远小于小车的质量?不一定。若实验仪器中有气垫导轨装置,则不需要进行阻力补偿(平衡摩擦力及其他

阻力);若实验仪器中有可以测量拉力的仪器(如力传感器、弹簧测力计等),则不需要满足细

线所挂重物的质量远小于小车(包括小车上所放重物)的质量。提示讲解分析1.误差分析(1)系统误差:本实验用砝码的总重力代替小车受到的拉力,而实际上小车所受的拉力要小

于砝码的总重力。因此,满足砝码的总质量远小于小车的质量就是为了减小因实验原理不

完善而引起的误差。(2)偶然误差:阻力补偿不准确、质量测量不准确、计数点间距测量不准确、纸带和细线不

与木板平行都会引起误差。2.三种常见误差情况“探究加速度与力、质量的关系”实验得到的理想a-F图像应是一条过原点的直线,但由

于实验误差影响,常出现如图所示的三种情况:

(1)图线①的上部发生了弯曲,是因为当小车所受拉力F较大时,不满足“重物的质量远小于

小车的总质量”的条件。(2)图线②与a轴有交点,说明拉力F=0(不挂重物)时,小车就具有了加速度,这可能是由于平

衡摩擦力时,长木板的倾角过大。(3)图线③与F轴有交点,说明只有当F增大到某一定值时,小车才获得加速度,这是由于没有

平衡摩擦力或长木板的倾角过小(平衡摩擦力不足)。讲解分析1.用气垫导轨替代长木板利用气垫导轨替代长木板做实验时,因为滑块与气垫导轨之间的摩擦极小,所以不需要平衡

摩擦力。疑难2其他的实验探究方案2.利用光电门测加速度利用光电门测出滑块通过光电门1、2的速度v1、v2,再由运动学公式

-

=2ax求加速度。3.利用位移传感器测位移由运动学公式x=

at2可得a=

,