1、第 2 节 探究加速度与力、质量的关系 第三章 牛顿运动定律一、实验目的1学会用控制变量法探究物理规律2全面正确地认识加速度与力、质量的关系二、实验原理1加速度是表示物体速度变化快慢的物理量根据事实经验，加速度与物体的质量有关物体受力一定时，质量越小，加速度就越大加速度还与物体受力的大小有关，物体质量一定时，受力越大，其加速度越大2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；再保持物体所受的力相同，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个参量不变，研究其
2、他两个参量之间变化关系的方法叫控制变量法三、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)、刻度尺四、实验步骤1用天平测出小车和重物的质量分别为 M0、m0，并把数值记录下来2按图将实验器材安装好(小车上不系绳)3平衡摩擦力，在木板无滑轮的一端下面垫一薄木板，反复移动其位置，直到打点计时器正常工作后不挂重物的小车在斜面上做匀速直线运动为止(纸带上相邻点间距相等)4将重物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重物的重力 m0g.5保持小车的质量不变，改
3、变所挂重物的重力，重复步骤4，多做几次实验，每次小车从同一位置释放，并记录好重物的重力 m1g、m2g、，以及计算出相应纸带的加速度填入表格 1.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/N 1 2 3 4 5 6.保持托盘中所放重物的质量不变，在小车上加放砝码，并测出小车与所放砝码的总质量 M，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，在每次得到的纸带上标上号码 8计算出每次实验所得纸带的加速度值及小车与砝码的总质量填入表格 2.表格 2 物体受到的外力一定，加速度
4、与质量的关系实验次数加速度a/(ms2)小车与砝码总质量M/kg小车与砝码总质量的倒数 1M/kg11 2 3 4 5 五、数据处理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，如图所示，由此得出结论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 1M为横坐标作出 aM 或 a 1M关系图像，如图所示，据图像可以得出结论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六、误差分析1因实验原理不完善造成系统误差：本实验中用所挂重物的重力代替小车受到的拉力，实际上小车受到
5、的拉力要小于所挂重物的重力，存在系统误差所挂重物的质量越小于小车的质量，误差越小；反之误差越大2因操作不够准确造成的偶然误差(1)质量的测量误差(2)测量纸带上各点间的距离的误差(读数误差)(3)绳或纸带与木板不平行造成的误差(4)平衡摩擦力不准确造成的误差平衡过度使小车合外力偏大，平衡不够使小车的合外力偏小，此时要注意匀速运动是恰好平衡摩擦力的标志七、注意事项1平衡摩擦力时不要挂重物，但要连接纸带，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总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
6、与小车受到的拉力相等3各纸带上的加速度 a 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对称分布在所作直线的两侧离直线较远的点是错误数据，可舍去不予考虑5释放时小车应靠近打点计时器且先接通电源再放开小车 对实验原理和步骤的理解 用如图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；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
7、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 aM 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_解析 本实验把小盘及盘内砝码的总重力看成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火花打点计时器接在 220 V 电压的直流电源上将无法工作，必须接在 220 V 交流电源上作 aM 关系图像，得到的是双曲线，不便于分析图像，必须“化
8、曲为直”，改作 a 1M关系图像 答案(1)平衡摩擦力 B(2)D 220 V 电压的直流电源 220 V 交流电源(3)G aM 图像 a 1M图像 实验数据的处理与误差分析 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，如图甲为实验装置简图(交变电流的频率为 50 Hz)(1)图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_ms2(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1m数据如下表：实验次数物理量 12345678 小车的加速度a/ms21.901.721.491.251.
9、000.750.500.30 小车的质量m/kg0.250.290.330.400.500.711.001.67 1m/kg14.003.453.032.502.001.411.000.60 请画出 a1m图线，并依据图线求出小车加速度 a 与质量倒数1m之间的关系式是_丙丁(3)保持小车质量不变，改变沙和沙桶质量，该同学根据实验数据作出了加速度 a 随合力 F 变化的图线，如图丁所示该图线不通过原点，请你分析其主要原因是_.思路点拨 解答本题时可按以下思路进行分析：解析(1)用逐差法计算加速度由纸带上的数据可知：x16.19 cm，x26.70 cm，x37.21 cm，x47.72 cm.
10、电火花计 时 器 的 打 点 周 期 为 T 0.02 s，故 加 速 度 a x4x3x2x14（2T）2 3.2 m/s2.(2)根据题目提供的小车加速度 a 与质量 m 对应的倒数1m的有关数据，可在坐标系中描出 8 个对应点，用一条直线“连接”各点，使尽量多的点落在直线上，不在直线上的点大致均匀分布在直线的两侧，得到的 a1m图线如图所示，由图可得 a 12m.(3)由图可分析，当加速度 a 为零时，拉力 F 并不为零，说明实验前没有平衡摩擦力或者未完全平衡摩擦力 答案(1)3.2(2)见解析图 a 12m(3)实验前没有平衡摩擦力或者未完全平衡摩擦力本部分内容讲解结束 按ESC键退出全屏播放