第2节　科学探究加速度与力、质量的关系.docxVIP

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第2节科学探究：加速度与力、质量的关系

一、实验目的

1.探究加速度与力、质量的关系。

2.学习利用控制变量法探索物理规律。

二、实验原理与设计

1.实验的基本思路——控制变量法

（1）保持小车的质量不变，通过增减重物的方式改变作用于小车的拉力F，测出小车的对应加速度a，可得a与F的关系。

（2）保持拉力F不变，通过在小车上增减砝码的方式改变小车的质量m，测出小车的对应加速度a，可得a与m的关系。

2.实验设计关键点——测小车的合外力

（1）木板无滑轮的一端垫高，小车受到的重力沿斜面方向的分力抵消小车受到的摩擦力及其他阻力。

（2）所挂重物的质量远小于小车质量，重物的重力大小近似等于小车所受的合外力大小。

三、实验器材

带定滑轮的木板、薄垫块、小车、细绳、重物（小钩码或沙桶等）、打点计时器、纸带、交流电源、天平、砝码、刻度尺。

四、实验步骤

1.将小车置于带有定滑轮的木板上，将纸带穿过打点计时器后挂在小车尾部。

2.用薄垫块将木板带有打点计时器的一端垫高，调整其倾斜程度，直至小车运动时打点计时器在纸带上打出的点分布均匀为止。

3.在细绳的一端挂上重物，另一端通过定滑轮系在小车前端。注意重物质量应远小于小车的质量。

4.将小车靠近打点计时器后开启打点计时器，稍后再将小车由静止释放。打点计时器在纸带上打出一系列点，据此计算出小车的加速度。保持小车的质量不变，增加重物的质量（重物的总质量仍远小于小车的质量），重复实验，将小车所受的不同拉力与相应计算出的加速度记录下来。

5.保持重物不变，增加或减少小车上的砝码以改变小车的质量，重复实验，将小车的质量与相应的加速度记录下来。

五、数据处理

1.物体的质量一定，探究加速度与受力的关系

实验序号

1

2

3

4

5

…

拉力F/N

加速度a/（m·s－2）

由表中数据，作出质量m一定时的a-F图像，并得出结论。

2.物体的受力一定，探究加速度与质量的关系

实验序号

1

2

3

4

5

…

质量m/kg

1m/kg－

加速度a/（m·s－2）

由表中数据，作出力F不变时，a-1m的图像，并得出结论

六、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

偶然误差

小车所受拉力测量不准

（1）准确平衡摩擦力

（2）使细绳和纸带平行于木板

系统误差

重物的总重力代替小车所受的拉力

使重物的总质量远小于小车的质量

七、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，不管以后是改变重物的质量还是改变小车及砝码的质量，都不需要再重新平衡摩擦力。

2.实验中必须满足小车和砝码的总质量远大于重物的总质量。只有如此，重物的总重力才可视为与小车受到的拉力相等。

3.拉小车的细绳应尽可能与长木板平行。

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均匀地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.释放小车时，小车应靠近打点计时器且先接通电源再释放小车。

题型一

实验原理与操作

【典例1】用如图所示的装置研究作用力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桶及内部所装沙子的质量；

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沙桶；

D.将电磁打点计时器接在6V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M；

E.保持小桶及其中沙子的质量不变，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a-M关系图像，并由图像确定a和M的关系。

（1）该同学漏掉的重要实验步骤是，该步骤应排在步骤实验之后。

（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。

尝试解答

下面是“探究加速度与力、质量的关系”实验步骤：

①用天平测出小车的质量m；

②安装好打点计时器，在小车上装好纸带；

③调整长木板的倾斜程度；

④在细绳的另一端跨过定滑轮并挂上适量的钩码m1；

⑤保持小车质量一定时，探究加速度与力的关系；

⑥保持小车所受拉力一定时，探究加速度与质量的关系。

（1）步骤③的目的是。

（2）步骤④中，要求钩码的质量m1小车的质量m。

（3）步骤⑤和⑥，表明该实验采用