1、2. 探究加速度与力、质量的关系一、实验目的1学会用控制变量法研究物理规律2探究加速度与力、质量的关系3掌握利用图像处理数据的方法二、实验原理1探究方法控制变量法(1)控制小车的质量M不变，讨论加速度a与力F的关系(2)控制砝码和小盘的质量不变，即力F不变，改变小车的质量M，讨论加速度a与M的关系2要测量的物理量(1)小车与其上砝码的总质量M用天平测出(2)小车受的拉力F用天平测出小盘和盘内砝码的总质量m，由Fmg算出(3)小车的加速度a通过打点计时器打出的纸带测算出3测量加速度的方案(1)应用纸带测加速度在运动物体上安装一条连接打点计时器的纸带，根据纸带上打出的点来测量加速度前面所述的实验方
2、案就是利用这种方法求加速度的它是根据在匀变速直线运动中，连续相等的时间T内的位移之差xaT 2求出加速度(2)应用匀变速运动规律求加速度如果物体做初速度为零的匀加速直线运动，那么，测量物体加速度最直接的办法就是用刻度尺测量位移并用秒表测量时间，然后由a算出(3)应用加速度与位移成正比由于a，如果测出两个初速度为零的匀加速运动在相同时间内发生的位移为x1、x2，则位移之比就是加速度之比，即：.三、实验器材打点计时器、纸带、复写纸、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘、砝码、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平(带有一套砝码)、刻度尺.一、实验步骤1测质量：用天平测出小车的质量M0与砝码盘的质量m0
3、，把数据记录下来2装仪器：按如图321所示安装器材图3213平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木板，反复移动薄木板的位置，直至不挂重物的小车在斜面上运动时可保持匀速运动状态4在小车上加放砝码，砝码盘中加放砝码，把砝码的质量M和m记录下来把细线系在小车上并绕过滑轮悬挂砝码盘，接通电源，放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列的点，取下纸带，在纸带上写上编号5保持小车的质量不变，改变砝码盘中砝码的质量，按步骤4再做几次实验，将实验时记录的数据填入表格1中6算出每条纸带对应的加速度的值并填入表格1中表格1物体的质量一定，加速度与受力的关系实验次数加速度a/(ms2)小车受力F/N12
4、347.保持砝码盘中砝码的质量不变，在小车上增减砝码，重复上述步骤4，将实验时记录的数据填入表格2中8算出每条纸带对应的加速度的值并填入表格2中表格2物体受到的外力一定，加速度与质量的关系实验次数加速度a/(ms2)小车质量M/kg小车质量的倒数/kg11234二、数据处理1计算法测得加速度或加速度之比(等于位移之比)后，通过计算看看是否满足、.2图像法(1)分析加速度和力的关系依据表格1，以加速度a为纵坐标，以外力F为横坐标，作出aF关系图像，如图322所示，由此得出结论图322(2)分析加速度和质量的关系依据表格2，以加速度a为纵坐标，以小车及砝码的总质量M或为横坐标作出aM或a关系图像，
5、如图323所示，据图像可以得出结论图323(3)实验结论：物体的加速度与作用在物体上的合外力成正比，与物体的质量成反比三、误差分析产生原因减小方法偶然误差质量测量不准、计数点间距测量不准多次测量求平均值小车所受拉力测量不准准确平衡摩擦力使细绳和纸带平行于木板作图不准使尽可能多的点落在直线上或均匀分布在直线两侧，误差较大的点舍去系统误差小盘及重物的总重力代替小车所受的拉力使小盘和重物的总质量远小于小车的质量四、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，不管以后是改变小盘和重物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总质量远大于小盘和重物的
6、总质量只有如此，重物和小盘的总重力才可视为与小车受到的拉力相等3小车应靠近打点计时器且先接通电源再放手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对称分布在所作直线两侧离直线较远的点是错误数据，舍去不予考虑.实验探究1实验操作与步骤用如图324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：图324A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6 V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的质量；E保持小
7、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aM关系图像，并由图像确定aM关系(1)该同学漏掉的重要实验步骤是_，该步骤应排在_步骤之后(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_【解析】实验中把小桶及其中砂子的重力看做与小车所受拉力大小相等，没有考虑摩擦力，故必须平衡摩擦力电磁打点计时器接在6 V电压的蓄电池上将无法工作，必须接在6 V以下交流学生电源上作aM关系图像，得到的是双曲线，很难作出正确的判断，必须“化曲为直”，改作a关系图像【答案】(1)平衡摩擦
8、力B(2)步骤D6 V电压的蓄电池6 V以下交流学生电源(3)步骤GaMa实验探究2数据的分析与处理某同学设计了一个探究加速度a与物体所受合力F及质量m关系的实验，如图325甲为实验装置简图(交变电流的频率为50 Hz).【导学号：96332038】甲乙图325(1)图325乙为某次实验得到的纸带，根据纸带可求出小车的加速度大小为_m/s2(结果保留两位有效数字)(2)保持沙和沙桶的总质量不变，改变小车m，分别得到小车的加速度a与质量m及对应的数据如下表：12345678小车的加速度(ms2)1.901.721.491.251.000.750.500.30小车的质量m/kg0.250.290.
9、330.400.500.711.001.67/kg14.003.453.032.502.001.411.000.60请在如图326甲所示的方格坐标纸中画出a 图线，并依据图线求出小车的加速度a与质量倒数之间的关系式是_(3)保持小车的质量不变，改变沙和沙桶的总质量，该同学根据实验数据作出了加速度a随合力F的变化图线，如图326乙所示，该图线不通过原点，其主要原因是_.甲乙图326【解析】(1)在连续相等的时间间隔内，从纸带上可得到四段位移的大小，可以选用公式法计算加速度由题图乙可知x16.19 cm，x26.70 cm，x37.21 cm，x47.72 cm，电火花计时器的打点周期T0.02 s，a102m/s23.2 m/s2.(2)在a 坐标系中描点连线得a 图线如图所示，可得a.(3)由a F图线知F增大至某值时物体开始有加速度，说明实验前没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不充分【答案】(1)3.2(2)见解析图所示a(3)实验前没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不充分