第二节实验：探究加速度与力、质量的关系

第二节

实验：探究加速度与力、质量的关系

什么是物体运动状态的改变？根据牛顿第一定律，物体运动状态改变的原因是什么？

复习思考：物体运动状态的改变指的是物体的速度发生了变化力是改变物体运动状态的原因力运动状态变化速度变化产生加速度力是产生加速度的原因一、【实验目的】

——定量分析a、F合、m的关系。二、【实验原理】

研究方法：

B．F一定时，a与m的定量关系

A．m一定时，a与F的定量关系控制变量法◆．实验设计:

——参考方案一：用打点计时器探究小车：研究对象，可用天平称其质量M.打点计时器：测量小车运动过程中的加速度a.砝码盘和砝码：重力mg提供拉力GFNFf1.小车质量远远大于托盘和砝码质量即：M>>m2.平衡摩擦

F合=mg的条件平衡摩擦力：GG1FNfG1平衡摩擦力f。

当M>>m时，可近似认为小车所受的拉力F等于mg.三、【实验器材】——打点计时器，纸带及复写纸，小车，一端附有滑轮的长木板，小盘和砝码，细绳，低压交流电源，导线，天平，刻度尺．四、【实验步骤】

1．用天平测出小车M、砝码的质量和小盘与砝码的总质量m，把数据记录下来．

2．安装好实验装置，在小车上装好纸带，纸带另一端穿过计时器限位孔，调整木板倾斜程度，平衡摩擦力。

3．控制小车质量不变，用细线将小盘与小车相连（小盘质量远小于小车质量），打开打点计时器，释放小车，测出一组数据。

4．改变小盘内砝码个数，多测几组数据。

算出每条纸带对应的加速度的值，填入表格（一）中。5．保持小盘内砝码个数不变，改变小车质量，再测几组数据。

并将对应的质量和加速度的值，填入表格（二）中。五、【数据处理】实验次数F(N)a(m/s2)123450.100.1460.200.3020.300.4280.400.5920.500.751F/Na/m·s-20.150.300.450.600.7500.10.20.30.40.5

①结论：M一定时，a∝F

①②

②平衡摩擦不够或没有平衡摩擦

③平衡摩擦过度

③

（1）M一定，a与F关系次数m/kga/m·s-210.4000.86120.5000.69230.7500.47041.0000.35251.2000.2901/mkg-12.502.001.331.000.83m/kga/m·s-20.20.40.60.81.000.20.40.60.81.01.2

（2）F一定，a与

M的关系a/m·s

-20.20.40.60.81.000.51.01.52.02.5/kg-1m1结论：F一定时，

a∝1/M六、【注意事项】1．在平衡摩擦力时，去托盘和砝码，让小车拖着被打点的纸带运动．不需重复平衡摩擦力2．每条纸带必须在满足小车与车上所加砝码的总质量远大于小盘和砝码的总质量的条件下打出．只有如此，小车受到的拉力才可视为等于小盘和砝码的总重力．3．改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，再放开小车，且应在小车到达滑轮前按住小车．七、【误差来源】1．测量误差：（1）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：

本实验中用小盘和砝码的总重力代替小车受到的拉力(实际上小车受到的拉力要小于小盘和砝码的总重力)，存在系统误差.方案二：以小车、一端带有定滑轮的长木板、细线、砝码、刻度尺、天平、夹子为实验器材，研究小车的运动，利用两小车位移之比就等于加速度之比来研究加速度与力和质量的关系。——参考方案二：F/Na/m·s

-20.150.300.450.600.7500.10.20.30.40.5当小车质量不变时次数F/Na/m·s-2123450.100.1460.200.3020.300.4280.400.5920.500.7511.探究加速度与合力的关系如何更直观地处理数据？m/kga/m·s

-20.20.40.60.81.000.20.40.60.81.01.2当拉力不变时次数m/kga/m·s-2123451/m(kg-1)2.502.001.331.000.830.4000.8610.5000.6920.7500.4701.0000.3521.2000.2902.探究加速度与质量的关系1/m(kg-1)a/m·s

-20.20.40.60.81.000.51.01.52.02.5（三）实验结论m一定时，a∝FF一定时，a∝1/mF/Na/m·s

-20.150.300.450.600.7500.10.20.30.40.51/m(kg-1)a/m·s

-20.20.40.60.81.000.51.01.52.02.5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.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6V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，增加小车上的砝码个数，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a－M关系图象，并由图象确定a－M

的关系实验步骤的考查例1.在用如图所示的装置研究作用力F一定时，小车的加速度a与小车质量M的关系时，某位同学设计的实验步骤如下：(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)在上述步骤中，处理不恰当的是

，应把

改为

。平衡摩擦力BD6V的蓄电池6V以下交流电压的学生电源Ga－1/Ma－M例2.某实验小组的同学在“探究加速度与物体的质量以及外力的关系”的实验中，当物体的质量一定时，分别根据实验数据画出了不同的实验图象，如图所示。则下列说法中正确的是(

)数据处理的考查A.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角过小C.形成图丙的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大D.形成图丁的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小AD实验数据的处理例3.在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，实验装置如图所示。(1)为验证小车质量M不变时，a与F

成正比。小车质量M

和沙及桶的质量m

分别选取下列几组数值。应该用哪组效果会好(

)A.M＝500g，m

分别为50g、70g、100g、125gB.M＝500g，m

分别为20g、30g、40g、50gC.M＝200g，m

分别为50g、70g、100g、125gD.M＝200g，m

分别为30g、40g、50g、60gB(2)有两位同学通过测量作出a－F

图象，如图甲、乙所示。试分析：A

图线不通过坐标原点的原因是______________________________________；A

图线上部弯曲的原因是____________________________________________；B图线在纵轴上有截距的原因是______________________________________。没有平衡摩擦力或摩擦力平衡不够未满足沙和沙桶质量m远小于小车的质量M平衡摩擦力过度

小结探究加速度与力、质量的关系1.研究方法2.数据处理方法3.结论控制变量法图象法a∝Fa∝1/m1．关于“探究加速度与力、质量的关系”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及受到的拉力的研究，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，只改变小车质量的研究，就可以得出加速度、力、质量三者之间的关系D.先不改变小车质量，研究加速度与力的关系；再不改变受力，研究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度、力、质量三者之间的关系D2.在做“探究加速度与力、质量的关系”的实验时，某学生将实验装置如图所示安装，准备接通电源后开始做实验，但他的装置图中有两个明显的错误，请你指出来：（1）

（2）没有平衡摩擦力打点计时器应使用低压交流电源(1)根据表中的数据在如图所示的坐标中作出a－F图象；3．某同学在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，测得小车的加速度a和拉力F的数据如下表所示：F/N0.200.300.400.500.60a/(m·s－2)0.110.190.290.400.51(2)图象的斜率的物理意义是_________________；(3)图象(或延长线)与F轴的截距的物理意义是___________；(4)小车和砝码的总质量为________kg。小车和砝码的总质量的倒数小车受到的阻力14.如图所示，两个高1.2m左右的支架上，放着两条平行光滑铝合金导轨，且已调成水平状态，在光滑的导轨上放着两辆质量相等、性能一样的小车，1号车放在左边，系有一根通过木板右端的小定滑轮的细线，绳端有一小桶，桶中可放砝码。2号车在右端，系有一根通过木板左端的小定滑轮的细线，绳端有一相同的小桶，两辆车一开始被左、右两端的电磁铁吸住，电磁铁串联后接在6V的学