实验四：探究加速度与力、质量的关系

1、实验四 探究加速度与力、质量的关系主备人：却富才审核：王玉珍一、实验目的验证牛顿第二定律；学会用控制变量法研究物理规律；学会利用图处 理彖数据.二、实验原理保持作用力不变，确定加速度与质量的大小关系；保持质量不变探究加速度跟合外力的关系；作出af图象和图象，确定 其关系三、实验器材小车，祛码，小盘，砂，细线，附有立滑轮的长木板，垫木，,低压交流电源，导线两根，纸带，复写纸，托盘天平，.四、实验步骤1. 用夭平测出小车、祛码的质量m和,把数据记录下来.2. 把实验器材安装好，平衡摩擦力.3. 保持不变，改变小盘和祛码的总质量m做5次实验.4. 算出每条纸带对应的加速度的值.5. 用纵坐标表示,横

2、坐标表示,即小盘与祛码的总重力mg,根据实验结果在处标平曲上描出相应的点，作图线.6. 保持不变，在小车上加祛码，重复上面的实验用纵处标表示，横坐标表示的倒数，在坐标平面上根据实验结果描出相应的点并作岀图线.五、实验结论加速度与成正比，与成反比.六、注意事项1. 在平衡摩擦力时，不要把系在小车上，即不要给小车加任何牵引力，并要让小车拖着打点的纸带运动.2. 每条纸带必须在满足远大于的条件下打出.只有如此，小车受到的拉力才可视为等于小盘和祛码的总重力.3. 改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近,并应先，再,且应在小车到达滑轮前按住小车.4. 作图彖吋，要使尽可能多的点分布在所作直线上，

3、不在直线上的点 应尽可能对称分布在所作直线两侧.5. 作图时两轴标度比例耍选择适当，各量须采用国际单位.这样作图 线时，坐标点间距不至于过密，课差会小些.七、误差来源1 测量误差：质量的测量.（2）打点间隔距离的测量.2. 操作误差：（1）拉线或纸带不与木板平行.（2）倾斜角度不当，平衡摩 擦力不准.3. 原理误差预习自测1. 关于验证牛顿运动定律的实验，下列说法中符合实际的是（）a. 通过同时改变小车的质量m及受到的拉力f的研究，能归纳出加速度、 力、质量三者之间的关系b. 通过保持小车质量不变，只改变小车的拉力的研究，就可以归纳出加速 度、力、质量三者之间的关系c. 通过保持小车受力不变，

4、只改变小车质量的研究，就可以得出加速隊力、 质量三者z间的关系d. 先不改变小车质量，研究加速度与力的关系;再不改变力，研究加速度与 质量的关系,最厉归纳出加速度、力、质量三者之间的关系2. 在利用打点计时器和小车来做“验证牛顿运动定律”的实验时，下列说法 中正确的（ ）a平衡摩擦力时，应将祛码及盘内祛码通过定滑轮拴在小车上b. 连接袪码盘和小车的细绳应跟长木板保持平行c. 平衡摩擦力后，长木板的位置不能移动d. 小车禅放前应靠近打点计时器,应先接通电源再禅放小车c案例1 若测得某一物体质量m 一定时,a与f的有关数据资料如下表所示.根据表中数据，在如图坐标屮画出a-f图象.（2）根据图象判处

5、:当m 一眾吋,a与f的关系为a/ (m s'2)1.984.065.95& 12f/n1.002.003.004.00a/fm-s"1)例2 .“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”的实验装置如图甲所示.小车打点计时器祛码盘2352° "t683.83(单位:cm)乙(1) 在平衡小车与桌而z间摩擦力的过程屮，打出了一条纸带如图乙所 示.计时器打点的时间间隔为0.02 s.从比较清晰的点起，每5个点取一 个计数点，量出相邻计数点之间的距离.该小车的加速度a = m/s2.(结果保留两位冇效数字)(2) 平衡摩擦力后，将5个相同的祛码都放在小车上

6、.挂上舷码盘，然后每 次从小车上取一个祛码添加到祛码盘小，测量小午的加速度.小午的加速度a与祛码盘中祛码总重力f的数据如下表：o/(m a"2)袪码盘中祛码总重力f(n)0j960.3920.5880.7840.980加速度a(m-s"2)0.691.181.662.182-70:z:z:=:z:z:z=z f/no根据实数据在图屮作出a-f的关系图(3)根据提供的实验数据作出的a-f图线不通过原点.请说明主要原因. 例3.物理小组在一次探究活动中测量滑块与木板z间的动摩擦因数.实 验装置如图，一表i侨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，其一端与电

7、磁打点计时器的纸带和连，另一端通过跨过定 滑轮的细线与托盘连接.打点计时器使川的交流电源的频率为50 hz.开始 实验时，在托盘中放入适量柱码，滑块开始做匀加速运动，在纸带上打出 一系列点*血托盘zh.（1）如图给出的是实验中获取的一条纸带的一部分,0、1、2、3、4、5、6、7是计数点，每相邻两计数点间还有4个打点（图屮未标出），计数点间的距 离如图所示.根据图中数据计算的加速度a=（保留三位有效数字）.（2）回答卜列两个问题： 为测量动摩擦因数，下列物理量中还应测量的冇（填入所选物理量前的字母）a.木板的长度lb.木板的质量mi c.滑块的质量m2d.托盘和砥码的总质量m3 e.滑块运动的

8、时间t 测量中所选定的物理量时需耍的实验器材是.（3）滑块与木板间的动摩擦因数u =（用被测物理量的字母表示，重力加速度为g）.与真实值相比，测量的动摩擦因数（填“偏人”或偏小”）.写出支持你的看法的一个论据当堂自测1. 在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，在研究加速度a与小车 的质量m的关系时，山于没有注意始终满足m加的条件，结果得到的图 象应是图中的（）abcd2. 在“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”实验中，某小组设 计了如图所示的实验装置图中上下两层水平轨道表面光滑，两小年前端 系上细线，细线跨过滑伦并挂上怯码盘，两小车尾部细线连到控制装置上, 实验时通过控制装置使两小车同

9、时开始运动，然后同时停止.控制装置(1) 在安装实验装置时，应调整滑轮的髙度，使:在实验时，为减小系统误差，应使祛码盘和祛码的总质量小车的质量(选填“远大于”、“远小于”或“等于”).(2) 本实验通过比较两小车的位移来比较小车加速度的大小，能这样比较，是因为a案1. 现要验证“当质量一定时，物体运动的加速度与它所受的合外力成正 比”这一物理规律.给定的器材如f： 一倾和可以调节的长斜面如图，小 车、计时器一个、米尺.at(1)填入适当的公式或文字，完善以下实验步骤(不考虑摩擦力的影响): 让小车自斜面上方一固定点內从静止开始下滑到斜而底端人2,记 下所用的时间r. 用米尺测量a】与a2z间的

10、距离x,则小年的加速度。=. 用米尺测量川相对于如的高度仕设小车所受重力为，昭，则小车所受的合外力f=. 改变，重复上述测量. 以力为横处标，1/“为纵处标，根据实验数据作图.如能得到一条 过原点的直线，则可以验证“当质量一定时，物体运动的加速度与它所受 的合外力成正比”这一规律.在“验证牛顿第二定律”的实验中，实验装置如图甲所示，有一位同学 通过实验测量作出了图乙屮的a图线.试分析小车打点计时器祛 1码人祛码盘乙 a图线不通过坐标原:a图线上部弯曲的2. 如图甲所示，用水平力f拉动物体在水平面上做加速直线运动,当改变拉力的人小时，物体运动的加速度q也随z变化，a和尸的关系如图乙所示，取=10

11、 m/s2甲根据图线所给的信息，物体的质量是物体与水平面间的动摩擦因数.(2)若改用质量是原来2倍的同种材料的物体，请在图乙的坐标系上画出这 种情况下的af图线(要求写出作图的根据).3. 某学习小组的同学在用打点计时器探究物体的加速度与物体的质量之间的关系实验中，不改变拉力，只改变物体的质量，得到了如下表所示的几组数据,其中第3组数据还未算出加速度，但对应该组12打出了纸带,如图所示(长度单位:cm),图中各点为每5个打点选出的计数点(两计数点间还有实验次数123456小车质量(g)200300400500600700小车加速度 (m/s2)2. 001.330. 790. 670.40小车

12、质量的 倒数(kgt)5. 003. 332. 502. 001.671.004个打点未标出).请由纸带上的数据，计算出缺少的加速度值并填入表屮(小数点后保留两 位数).(2)请在图5中建立合适的处标，将表中各组数据用小黑点描在处标纸上并i . . & _ i . . i.iii. iii .合 i . i j . v2.00出耕卅刪廿i 5()ihhhhihhnhhhhh h作出平滑的图线.ii)图象得岀的结论是:oi(>()o 1.02.03.04.05.06.07.08.09.04. 如图，质量为m的滑块a放在气垫导轨b ±,c为位移传感器，它能将滑块a到传感器c的距离数据实时传送到计算机上，经计算机处理厉在屏幕11显示滑块a的位移一时l'n(x-t)图象和速率一时间(vt)图象.整个装直直于高度可调节的斜1侨上，斜面的长度为1、高度为h.(取重力加速度g=9.8 nvs2,结果可保鼎一位有效数字).(1)现给滑块a沿气垫导轨向上的初速度,a的vt图线如图7所示.从图线可得滑块a下滑时的加速度a=m/s'摩擦力対滑块a运动的影响(填“明显，不可忽略”或“不明显，可忽略”)(2)此装置还可用来验证牛顿第二定律.实验时通过改变，可验证质量一定时,加速度与力成正比的关系;通过改变，可验证力一