第四章2實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系

2實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實驗目的、實驗器材、實驗原理實驗目的1.探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系2.學會用控制變量法探究物理規(guī)律3.掌握利用圖象處理數(shù)據(jù)的方法實驗器材打點計時器、紙帶及復寫紙、小車、一端附有定滑輪的長木板、小盤和砝碼、細繩、低壓交流電源、天平(帶有一套砝碼)、刻度尺實驗原理1.控制變量法：

(1)控制小車質(zhì)量不變，研究小車的加速度a與受力F的關(guān)

系；

(2)控制小車受力F不變，研究小車的加速度a與其質(zhì)量m

的關(guān)系.2.需要測量的量：

(1)小車與砝碼總質(zhì)量M

(2)小車所受拉力F＝mg

(3)小車的加速度a1．用天平測出小車和重物的質(zhì)量分別為M0、m0，并記錄下來．2．按圖4－2－1將實驗器材安裝好(小車上不系繩)．實驗步驟圖4－2－13．平衡摩擦力，把木板無滑輪的一端下面墊一薄木板，反復移動其位置，直到打點計時器正常工作后小車勻速直線運動為止．4．將重物通過細繩系在小車上，接通電源放開小車；取下紙帶并在紙帶上標上號碼及此時所掛重物的重力m0g.5．保持小車的質(zhì)量不變，改變所掛重物的重力，重復步驟4，多做幾次實驗，并記錄好重物的重力m1g、m2g…，以及加速度填入表格1.表格1物體的質(zhì)量一定，加速度與受力的關(guān)系實驗次數(shù)加速度a/(m·s－2)小車受力F/N123456.保持托盤中所放重物的質(zhì)量不變，在小車上加放砝碼，并測出小車與所放砝碼的總質(zhì)量M，接通電源，放開小車，取下紙帶并標上號碼．7．繼續(xù)在小車上加放砝碼，重復步驟6，多做幾次實驗．8．計算出每次紙帶的加速度值及小車與砝碼的總質(zhì)量填入表格2.表格2物體受到的外力一定，加速度與質(zhì)量的關(guān)系1．注意事項 (1)平衡摩擦力時不要掛重物，整個實驗平衡了摩擦力后，不需要重新平衡摩擦力． (2)實驗中必須滿足小車和砝碼的質(zhì)量遠大于小盤和砝碼的總質(zhì)量． (3)各紙帶上的加速度a，都應是該紙帶上的平均加速度． (4)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在所作直線兩側(cè)．離直線較遠的點可舍去． (5)小車應靠近打點計時器且先接通電源再放手．注意事項及誤差分析3．誤差分析 (1)質(zhì)量的測量誤差、紙帶上打點計時器打點間隔距離的測量誤差． (2)因?qū)嶒炘聿煌晟圃斐烧`差：用小盤及砝碼的總重力代替小車受到的拉力，存在系統(tǒng)誤差．小盤及砝碼的總質(zhì)量越接近小車的質(zhì)量，誤差就越大． (3)平衡摩擦力不準造成誤差.【典例1】用如圖4－2－2所示的裝置研究在作用力F一定時，小車的加速度a與小車質(zhì)量M的關(guān)系，某位同學設(shè)計的實驗步驟如下：對實驗步驟的考查圖4－2－2A．用天平稱出小車和小桶及內(nèi)部所裝砂子的質(zhì)量；B．按圖裝好實驗器材；C．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6V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(zhì)量；E．保持小桶及其中砂子的質(zhì)量不變，增加小車上的砝碼個

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a－M關(guān)系圖象，并由圖象確定a－M關(guān)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)在上述步驟中，處理不恰當?shù)氖莀_______，應把________改為________．答案

(1)該同學漏掉的重要實驗步驟是①平衡摩擦力，該步驟應排在按圖裝好實驗器材即B步實驗之后．(2)在上述步驟中，有錯誤的是步驟D，應把6V電壓的蓄電池改為6V以下交流電壓的學生電源．

平衡摩擦力方法：將不帶定滑輪的一端適當墊高，在不掛托盤情況下，使小車帶動著紙帶(打點計時器打點時)，沿長木板恰好做勻速直線運動．目的：使托盤與砝碼的重力等于小車受到的合力．【跟蹤1】在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗中，關(guān)于小車所受的合力，下列敘述中正確的是(

)． A．小車所受的合力就是所掛小盤和砝碼的重力 B．小車所受的合力的大小等于托盤和砝碼通過細繩對小

車施加的拉力 C．只有平衡摩擦力之后，小車所受合力才等于細繩對

小車的拉力 D．只有平衡摩擦力之后，且當小車的質(zhì)量遠大于托盤

和砝碼的總質(zhì)量時，小車所受合力的大小可認為等于

托盤和砝碼的重力大小解析托盤與砝碼的重力不可說成是小車所受的合力，A錯誤；由于小車下滑必受摩擦力作用，平衡摩擦力之后(實際上是Mgsinθ＝Ff)，小車所受合力才等于細繩的拉力，B錯誤、C正確；只有當小車質(zhì)量M遠大于托盤與砝碼質(zhì)量m(即M?m)時，細繩中的拉力大小才近似等于托盤和砝碼的重力大小，也只有平衡了摩擦力之后，小車所受合力大小才近似等于托盤和砝碼的重力大小，D正確．答案

CD1．分析加速度和力的關(guān)系

依據(jù)表格1，以加速度a為縱坐標，以外力F為橫坐標，作出a－F關(guān)系圖象，如圖4－2－3所示2．分析加速度和質(zhì)量的關(guān)系數(shù)據(jù)處理圖4－2－3圖4－2－4【典例2】“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗裝置如圖4－2－5甲所示．圖4－2－5(1)在平衡小車與桌面之間摩擦力的過程中，打出了一條紙帶如圖4－2－5乙所示．計時器打點的時間間隔為0.02s．從比較清晰的點起，每5個點取一個計數(shù)點，量出相鄰計數(shù)點之間的距離．該小車的加速度大小a＝__________m/s2.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(2)平衡摩擦力后，將5個相同的砝碼都放在小車上．掛上砝碼盤，然后每次從小車上取一個砝碼添加到砝碼盤中，測量小車的加速度．小車的加速度a與砝碼盤中砝碼總重力F的實驗數(shù)據(jù)如下表：砝碼盤中砝碼總重力F/N0.1960.3920.5880.7840.980加速度a/(m·s－2)0.691.181.662.182.70請根據(jù)實驗數(shù)據(jù)在圖4－2－6中作出a－F的關(guān)系圖象．(3)根據(jù)提供的實驗數(shù)據(jù)作出的a－F圖線不通過原點，請說明主要原因．圖4－2－6(2)a－F圖象如圖所示．答案

(1)0.16

(2)a－F圖象見解析圖(3)未計入砝碼盤重力或砝碼盤的重力不能忽略

實驗中作出的a－F圖象有時不過原點，如圖4－2－7所示．造成這種現(xiàn)象的主要原因是：實驗中沒有考慮砝碼托盤的質(zhì)量，誤將砝碼的重力等于拉力F，或是平衡摩擦力時墊得太高了，會出現(xiàn)圖象甲的情況；實驗中沒有平衡摩擦力或摩擦力平衡不充分，會出現(xiàn)圖象乙的情況．圖4－2－7【跟蹤2】如圖4－2－8是某些同學根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出的圖象，下列說法中正確的是 (

)．圖4－2－8A．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角過小C．形成圖(丙)的原因是平衡摩擦力時長木板傾角過大D．形成圖(丁)的原因是平衡摩擦力時長木板傾角過小答案

AD1．在做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗時(

)． A．應使砂和小桶的總質(zhì)量遠小于小車和砝碼的總質(zhì)量，以

減小實驗誤差實驗操作答案

ACD2．在保持小車質(zhì)量m不變，探究a與F的關(guān)系時，小車質(zhì)量m和小盤及砝碼質(zhì)量m′分別選取下列四組值．若其他操作都正確，要使所畫出的a－F圖線較準確，應選用的一組測量值是 (

)． A．m＝500g，m′分別為50g、70g、100g、125g B．m＝500g，m′分別為20g、30g、40g、50g C．m＝200g，m′分別為50g、70g、100g、125g D．m＝100g，m′分別為30g、40g、50g、60g

解析探究a與F的關(guān)系時，應滿足m?m′，B正確．

答案

B3．如圖4－2－9所示是在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗中，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)描繪出的三條a－F圖線，下列說法中正確的是(

)．數(shù)據(jù)處理與誤差分析圖4－2－9A．三條傾斜