實驗：探究加速度與力質量的關系

1、第二節(jié)實驗：探究加速度與力、質量的關系【課前學】一、實驗目的1. 學會用控制變量法研究物理規(guī)律.2. 探究加速度與力、質量的關系.3. 掌握利用圖象處理數(shù)據(jù)的方法.二、實驗原理采用控制變量法：1. 保持物體質量m不變，探究加速度a與 力f的關系.2. 保持物體所受的力相同，探究加速度a 與質量m的關系.三、實驗器材一端附有定滑輪的長木板；小車；帶小鉤的細繩；沙子和小桶；打點計時器；紙帶及復寫紙片；刻度尺；低壓交流電源、導線；祛碼；天平（帶有一套祛碼）四、實驗步驟1. 用天平測出小車和小桶的質量m和m,把數(shù)值記錄下來.2. 按圖所示把實驗器材安裝好，只是不把懸掛小桶的細繩系在小車上（即不給小車加

2、牽引力）.3. 平衡摩擦力.4. 把細繩系在小車上并繞過定滑輪懸掛小桶，先接通電源 再放開小車，取下紙帶，在打點紙帶上標上紙帶號碼.5. 保持小車的質量不變，在小桶內放入質量為m'的沙，重復步 驟4,在小桶內放入質量為m"、m 、的沙，再重復4, nv、m 、的數(shù)值都要記錄在紙帶上（或表格內）.6. 在每條紙帶上都選取一段比較理想的部分，按“測定勻變速直線運動的加速度”實驗中的方法算 出每條紙帶的加速度a.7. 用縱坐標表示加速度，橫坐標表示力，根據(jù)實驗結杲在坐標平而上畫岀相應的點.若這些點在一條直線上，便證明了加速度與作用力成正比，即半=尋或d2 r28. 保持沙和小桶的質

3、量不變，在小車上依次加祛碼（也需做好記錄），重復上述步驟4和步驟6.用縱處標表示加速度，橫坐標表示小車及祛碼總質量的倒數(shù)，在坐標平面上根據(jù)實驗結果畫出相應的點.如果這些點是在一條直線上，就證明加速度與質量成反比，即¥=乎或a*占.a? it1hl五、注意事項1. 平衡摩擦力吋不要掛重物，整個實驗平衡了摩擦力后，不管以后是改變盤和磁碼的質量還是改變 小車及舷碼的質竝，都不需要重新平衡摩擦力.2. 實驗小必須滿足小車和舷碼的質量遠大于小盤和弦碼的總質雖.只有如此，舷碼和小盤的總重力 才可視為與小車受到的拉力相等.3. 作圖象時，要使盡可能多的點在所作直線上，不在直線上的點應盡可能對稱分布

4、在所作直線兩側.離直線較遠的點是錯誤數(shù)據(jù)，可舍去不了考慮.4. 小車應靠近打點計時器-r先接通電源再放手.一、實驗操作例1在利用打點計吋器探究加速度與力、質量的關系的實驗中，以下做法正確的是：a. 平衡摩擦力時，應將重物用細繩通過定滑輪系在小車上b. 每次改變小車的質量時，不需要重新平衡摩擦力c. 實驗時，先放開小車，后接通電源d. “重物的質量遠小于小車的質量”這一條件如不滿足，對探究過程也不會產(chǎn)生影響二、數(shù)據(jù)處理例2在做“探究加速度與力、質量的關系”的實驗吋，計算出各紙帶的加速度后，將測得的加速度a 和力f的有關數(shù)據(jù)記錄在表1中.將測得的反映加速度a和質量m的數(shù)據(jù)列在表2屮.表1表2al(

5、ms 2)1.984.065.95&12f/n1.002.003.004.00"/(加$ 2)2.042.663.233.98軌10.500.670.801.00(1) 根據(jù)表中所列數(shù)據(jù)，分別畫出a-f圖彖和a-£的圖彖.(2) 從圖象可以判定：當m 定時，a與f的關系為；當f 一定時，a與m的關系為 三、誤差分析例3某實驗小組的幾名同學在探究加速度與物體的質量以及外力關系的實驗屮，當物體的質量-定 吋，分別根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出了不同的實驗圖象，如圖所示，下列說法中分析正確的是()4. 形成圖甲的原因是平衡摩擦力時長木板傾角過大b. 形成圖乙的原因是平衡摩擦力時長木板傾

6、角過小c. 形成圖丙的原因是平衡摩擦力時長木板傾角過人d. 形成圖丁的原因是平衡摩擦力時長木板傾角過小【當堂清】1. 在“探究加速度與力、質量的關系”的實驗中，關于平衡摩擦力的說法中正確的是()a. “平衡摩擦力”的本質就是想法讓小車受到的摩擦力為零b. “平衡摩擦力”的本質就是使小車所受的重力在沿斜面方向的分力與所受到的摩擦阻力相平衡c. “平衡摩擦力”的目的就是要使小車所受的合力等于所掛舷碼通過細繩對小車施加的拉力d. "平衡摩擦力”是否成功，可由小車拖動后由打點計時器打出的紙帶上的點跡間距是否均勻而確定2. 在用實驗探究加速度和力的關系時，下列關于實驗的思路和數(shù)據(jù)分析，正確的是

7、（）久實驗的基本思想是：保持物體的質量不變，測量物體在不同力作用下的加速度，分析加速度與力 的關系b. 實驗的基本思想是：保持物體所受力相同，測量質量不同的物體在該力作用下的加速度，分析加 速度與質量的關系c. 在處理實驗數(shù)據(jù)時，以a為縱坐標，f為橫坐標，根據(jù)數(shù)據(jù)在坐標系中描點，若這些點在一條過 原點的直線上，說明a與f成正比d. 在處理實驗數(shù)據(jù)時，以a為縱坐標，m為橫坐標，根據(jù)數(shù)據(jù)在坐標系中描點，若這些點在一條過 原點的直線上，說明a與m成正比3如圖所示，在研究牛頓第二定律的演示實驗中，若1、2兩個相同的小車所受拉力分別為r、f2,車 屮所放舷碼的質量分別為nu、m2,打開夾子后經(jīng)過相同的時

8、間兩車的位移分別為xi、x2,則在實驗誤差 允許的范圍內，有（）右a. 當 mj=m2> f=2f2時，x=2x2 b.當 m1 = m2s fi = 2f2時，x2=2x】丄翅連獷c.當 f| =尸2、ni| =2rri2 時，x）=2x2當 fi =f2、mi =2m2 時，x2 = 2x【4. 在“探究加速度與力、質量的關系”實驗中，關于小車所受的合力，下列敘述中正確的是（）久小車所受合力就是所掛吊盤和祛碼的重力b. 小車所受合力的大小等于吊盤和舷碼通過細繩對小車所施加的拉力c. 只有平衡摩擦力后，小車所受合力才等于細繩對小車的拉力d. 只有平衡摩擦力后，且小車的質量m遠大于吊盤與

9、舷碼的總質量時，小車所受合力可以認為等 于巾盤和舷碼的重力5. 經(jīng)過對加速度與物體的質量和合外力的關系的探究學習，已經(jīng)知道物體的加速度a與物體受的力f及物體的質量m滿足的關系式a-f,如果在光滑的水平面上有一質量為m的物體受到水平力f作用,從靜止開始在t時間內移動了 x距離，今要使距離變?yōu)?x可采用以下哪一種方法（）a. 將水平恒力增為4fb. 將物體質量減為原來的一半c. 將作用時間增為2tf/n0.1960.2940.3920.4900.588a/(ms_ )0.250.380.901.201.536.在探究a與f、m關系的實驗中，得到了如下一組實驗數(shù)據(jù):（1）在圖所示的坐標中，畫出af圖

10、線.（2）從圖中可以發(fā)現(xiàn)實驗操作中的問題是什么？d. 將作用時間增為4t【探究與討論】實驗原理和注意的問題例1在“探究加速度與力、質量的關系”實驗中，下列說法中正確的是()平衡摩擦力時，托盤應用細線通過定滑輪系在小車上，但托盤內不能裝舷碼b. 實驗中無需始終保持小車和砥碼的總質量遠遠大于托盤和祛碼的質量c. 實驗中如用縱坐標表示加速度，用橫坐標表示小車和車內硅碼的總質量，描出相應的點在一條 直線上時，即可證明加速度與質量成反比d. 平衡摩擦力時，小車后面的紙帶必須連好，因為運動過程中紙帶也要受阻力拓展探究 在“探究牛頓第二定律”的實驗中，為了探究滑塊質量mo不變時，加速度與外力f的定 量關系，

11、祛碼質量m和滑塊質量m()分別選取下列四組值：a. mo=5oog, m分別為 50g,70g,100g,125 gb. m()=500g, m 分別為 20 g,30g,40g,50 gc. mo=2oog, m 分別為 50g,75g,100g,125gd. mo=2o()g, m 分別為 30 g,40 g,50 g,60 g若其他操作都正確，那么在選用組值測量時所畫出的a-f圖線較準確.實驗操作問題例2用如圖所示的裝置研究在作用力f定時，小車的加速度a與小車質量m的關系，某位同學設打點計時器計的實驗步驟如下：a. 用天平稱出小車和小桶及內部所裝砂子的質量;b. 按圖裝好實驗器材；c.

12、把輕繩系在小車上并繞過定滑輪懸掛砂桶;d. 將電磁打點計時器接在6 v電壓的蓄電池上，接通電源，放開小車，打點計時器在紙帶上打下一系列點，并在紙帶上標明小車質量；e. 保持小桶及其中砂子的質量不變，增加小車上的璉碼個數(shù)，并記錄每次增加后的m值，重復上述 實驗；f. 分析每條紙帶，測量并計算出加速度的值；g. 作am關系圖象，并由圖象確定a m關系.(1) 該同學漏掉的重要實驗步驟是，該步驟應排在步實驗之后.(2) 在上述步驟中，有錯誤的是,應把改為.(3) 在上述步驟屮，處理不恰當?shù)氖?應把改為數(shù)據(jù)處理和誤差分析例3某同學設計了一個探究加速度a與物體所受合力f及質量ni關系的實驗，如圖所示，圖

13、甲為實 驗裝置簡圖(交流電的頻率為5() hz).紙時運動方向（1）圖乙為某次實驗得到的紙帶，根據(jù)紙帶可求出小車的加速度大小為加/（保留兩位有效數(shù)字）.（2）保持砂和砂桶質量不變，改變小車質量m,分別得到小車加速度a與質量m及對應的占 數(shù)據(jù)如下表:實驗次數(shù)12345678小車加速度 a/（/?7-52）1.901.721.491.251.000.750.500.30小車質量 mi kg0.250.290.330.400.500.711.001.67丄/rg_ m $4.003.453.032.502.001.411.000.60請在如圖所示的方格坐標紙中畫出a-圖線，并依據(jù)圖線求出小車加速度a

14、與質量倒數(shù)補之間的關系式是 a/(ms")（3）保持小車質量不變，改變砂和砂桶質量，該同學根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出了加速度a隨合力f的變化圖線，如圖所示.該圖線不通過原點，請你分析其主要原因是【當日清】1. 在本實驗中，下列做法和理由正確的是（）a. 實驗中所用電源為低壓直流電源b. 可以將裝有砂子的小桶用鉤碼代替，這樣會使實驗更加方便c. 實驗結果不用a-m圖象，而且a-1/m圖象，是為了便于根據(jù)圖象直觀地作出判斷d. 小車運動的加速度可用天平測出小桶和砂的質量（m和）以及小車質量m后直接用公式（m +m）g/m 求出+m'）m2. 兩個相同的小車并排放在光滑水平桌而上，小車前端系

15、上細線，線的另一端跨過定滑輪各掛一個小盤，盤里分別放有不同質量的 舷碼（圖（6/）.小車所受的水平拉力f的大小可以認為等于祛碼（包括磁碼盤）所受的重力大小.小車后端也 系有細線，用一只夾子夾住兩根細線（圖（歷），控制兩輛小車同時開始運動和結束運動.由于兩個小車初速度都是零，運動時間又相同，x = at2/2,即xf,只要測出兩小車位移x之比就等于測出它們的加速度a之比.實驗結果是：當小車質量相同時，當拉力f相等時，.實驗屮用舷碼(包括舷碼盤)所受的重力g = mg的大小作為小車所受拉力f的大小，這樣做會引起實驗誤差，為了減小這個誤差，g與小車所受重力mg之間需要滿足的關系是：.3. 用如圖所示

16、裝置，探究“加速度與力、質量的關系”的活動中:(1)某同學在接通電源進行實驗之前，將實驗器材組裝如圖所示.請你指出該裝置中錯誤或不妥之處:(2)改正實驗裝置后，該同學順利地完成了實驗.圖是他在實驗中得到的一條紙帶，圖中相鄰兩計數(shù)點之間的時間間隔為0s,由圖中的數(shù)據(jù)可算得小車的加速度a為單付：cml0.72 t.163-2.744.044. 同學們在做探究加速度與物體質量和合外力的關系的實驗時：甲同學為了使小車受到的合外力等于小桶和砂的總重量，他采用如下兩個措施： 平衡摩擦力：將2木板無滑輪的一端下面墊一小木塊，反復移動木塊的位置，直到小車在小桶的 拉動下帶動紙帶與小車一起做勻速直線運動； 調整砂的多少，使砂和桶的總質量m遠小于