第二节：探究加速度与力、质量的关系

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,一、实验目的,(1),学会用控制变量法探究物理规律。,(2),探究加速度与力、质量的关系。,二、实验原理,1,影响物体加速度的因素,物体质量相同时，受到的合外力越大，加速度越大；受到的合外力越小，加速度越小。,物体所受合外力一定时，质量大的物体加速度小，质量小的物体加速度大。,2,F,与,a,的求法,F,的求法：小车质量越大，则小车所受拉力越接近砝码的重力。,a,的求法：在小车上连接纸带，利用打点计时器在纸带上打点记录小车的运动情况，通过测量纸带上的点迹求出加速度的大小。,3,探究法,控制变量法,加速度,a,和质量,m,、外力,F,都有关系。研究它们之间的关系时，先保持质量不变，测量物体在不同的力的作用下的加速度，分析加速度与力的关系；再保持物体所受外力不变，测量不同质量的物体在该力作用下的加速度，分析加速度与质量的关系。这种先控制某些参量不变，研究另两个参量之间变化关系的方法叫控制变量法。,三、实验器材,砝码，一端有定滑轮的长木板，细绳，纸带，导线，夹子，小盘，天平，小车，打点计时器，交流电源，刻度尺。,四、实验步骤,(1),用天平测出小车和小盘,(,包括其中砝码,),的质量分别为,M,0,、,m,0,，并把数值记录下来。,(2),按图,3,2,1,所示将实验器材安装好,(,小车上不系绳,),。,图,3,2,1,(3),把长木板无滑轮的一端下面垫一薄木板，以平衡摩擦力。,(4),将小盘通过细绳系在小车上，接通电源放开小车，用纸带记录小车的运动情况；取下纸带并在纸带上标上号码及此时所挂小盘的重力,m,0,g,。,(5),保持小车的质量不变，改变小盘,(,包括其中砝码,),的质量重复步骤,(4),多做几次实验。每次小车从同一位置释放，并记录好相应纸带。,(6),保持小车所受合力不变，在小车上加砝码，并测出小车和放上砝码后的总质量,M,1,，接通电源放开小车，用纸带记录小车的运动情况，取下纸带并在纸带上标上号码。,(7),继续在小车上加放砝码，重复步骤,(6),，多做几次实验，并记录好相应纸带。,五、数据处理,(1),把小车在不同力作用下产生的加速度填在下表中：,实验次数,加速度,a,/(ms,2,),小车受力,F,/N,1,2,3,4,图,3,2,2,由以上数据画出它的,a,F,关系图像如图,3,2,2,所示。,通过,a,F,关系图像，我们可以得出小车的加速度,a,与力,F,成正比。,(2),把不同质量的小车在相同力作用下产生的加速度填在下表中：,实验次数,加速度,a,/(ms,2,),小车质量,M,/kg,1,2,3,4,图,3,2,3,六、注意事项,(1),平衡摩擦力时不要挂重物，整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变盘和砝码的质量还是改变小车及砝码的质量，都不需要重新平衡摩擦力。,(2),实验中必须满足小车和砝码的质量远大于小盘和砝码的总质量。只有如此，砝码和小盘的总重力才可视为与小车受到的拉力相等。,(3),各纸带上的加速度都应是该纸带上的平均加速度。,(4),作图像时，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地对称分布在所作直线两侧。离直线较远的点是错误数据，可舍去不予考虑。,(5),小车应靠近打点计时器，且先接通电源再放手。,七、误差分析,(1),质量的测量、纸带上打点计时器打点间隔距离的测量、细绳或纸带不与木板平行等都会造成误差。,(2),因实验原理不完善造成误差。本实验中用小盘及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及砝码的总重力,),，存在系统误差。小盘及砝码的总质量越接近小车的质量，误差就越大；反之，小盘及砝码的总质量越小于小车的质量，误差就越小。,(3),平衡摩擦力不准造成误差。,对实验原理和步骤的理解,例,1,用如图,3,2,4,所示的装置研究,在作用力,F,一定时，小车的加速度,a,与小,车质量,M,的关系，某位同学设计的实验,步骤如下：,A,用天平称出小车和小盘的质量；,B,按图安装好实验器材；,C,把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂小盘；,图,3,2,4,D,将电火花打点计时器接在,220 V,电压的直流电源上，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,保持小盘及盘内砝码的质量不变，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,关系图像，并由图像确定,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),在上述步骤中，处理不恰当的是,_,，应把,_,改为,_,。,用图像法处理实验数据,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,3,2,5,甲所示。,图,3,2,5,(1),在平衡小车与桌面之间摩擦力的过程中，打出了一条纸带如图乙所示。打点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/s,2,。,(,结果保留两位有效数字,),(2),平衡摩擦力后，将,5,个相同的砝码都放在小车上。挂上砝码盘，然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中，测量小车的加速度。小车的加速度,a,与砝码盘中砝码总重力,F,的实验数据如下表：,砝码盘中砝码总重力,F,(N),0.196,0.392,0.588,0.784,0.980,加速度,a,(ms,2,),0.69,1.18,1.66,2.18,2.70,请根据实验数据在图,3,2,6,中作出,a,F,的关系图像。,图,3,2,6,(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。,(2),根据所给数据描点，作出图像如图所示。,(3),小车、砝码盘和砝码组成的系统所受合外力为砝码盘和砝码的总重力，而表中数据漏计了砝码盘的重力，导致合力,F,的测量值小于真实值，,a,F,图像不过原点。,答案,(1)0.16(0.15,也算对,),(2),见解析图,(3),未计入砝码盘的重力,