【2019秋人教新教材必修1】第2节实验：探究加速度与力、质量的关系

第2节实验：探究加速度与力、质量的关系
一、实验目的
1.学会用控制变量法探究物理规律。

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、实验方案的设计
1.实验思路
采用控制变量法：在探究加速度与力、质量三者关系时，先
让其中一个量保持不变来探究其他两个量之间的关系。

如图所示，将小车置于水平木板上，通过滑轮与槽码相连，小车在槽码的牵引下运动。

(1)加速度与力的关系：保持小车质量不变，通过改变槽码的个数改变小车所受的拉力。

测得不同拉力下小车运动的加速度，分析二者之间的定量关系。

(2)加速度与质量的关系：保持小车所受的拉力不变，通过在小车上增加重物改变小车的质量。

测得不同质量的小车在拉力下运动的加速度，分析二者之间的定量关系。

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2.实验器材
打点计时器、纸带、复写纸片、小车、一端附有定滑轮的长木板、槽码、砝码、夹子、细绳、交流电源、导线、天平(带有一套砝码)、刻度尺。

3.物理量的测量
(1)物体的质量：用天平测量小车的质量。

(2)加速度的测量
方法1：让小车做初速度为0的匀加速直线运动。

用刻度尺测量小车的位移x，
用秒表测量小车运动的时间t，由a＝2x
t2计算加速度
a。

方法2：利用打点计时器打出的纸带测量加速度a。

方法3：让两个小车做初速度为0的匀加速直线运动，
在相等的时间内，由x＝1
2
at2知
x1
x2＝
a1
a2，测量加速度转
换成测量位移。

(3)力的测量：用阻力补偿法平衡摩擦力后，通过改变槽码的个数，改变小车所受的拉力。

三、实验步骤
2
1.安装器材：按如图所示将实验器材安装好(小车上不系绳)。

2.用天平分别称出小车和槽码的质量。

3.阻力补偿：把木板无滑轮的一端下面垫一薄木板，反复移动其位置，使小车在不挂槽码的情况下，能沿木板做匀速直线运动(纸带上相邻点的间距相等)。

4.把小车停在打点计时器处，挂上槽码，先接通电源，再让小车拖着纸带在木板上匀加速下滑，打出一条纸带，纸带记录了小车的运动情况，取下纸带并在纸带上标上编号及此时所挂槽码总重力mg。

注意操作先后顺序
5.加速度与力的关系：保持小车的质量不变，改变槽码的个数，重复步骤4，多做几次实验，并记录好相应纸带的编号及所挂槽码的总重力。

6.加速度与质量的关系
(1)保持小车所受的合外力不变，在小车上加砝码，接通电源后放开小车，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小车和砝码的总质量m1。

(2)继续在小车上增加砝码，重复步骤(1)，多做几次实验，在每次实验得到的纸带上标上编号及小车和砝码的总质量m2、m3……。

3
7.求小车的加速度a，将得到的数据填入相应表格中，以便进行数据处理。

四、数据处理
1.把小车在不同力作用下产生的加速度填在表中：
物理量12345 6
作用力F
加速度a
以a为纵坐标、F
像找出规律，分析a与F的关系。

2.把不同质量的小车(小车和砝码)在相同力的作用下产生的加速度大小填在
表中：
物理量12345 6
4
5
质量m
1
m
加速度a
分别以a 为纵坐标、m 和1m 为横坐标，根据数据作a －m 图像和a －1
m
图像，分析a 与m 的关系。

五、实验结论
1.保持物体质量不变时，物体的加速度a 与所受力F 成正比。

2.保持力F 不变时，物体的加速度a 与质量m 成反比。

六、误差分析
1.系统误差：本实验用槽码的总重力mg 代替小车受到的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于槽码的总重力。

槽码的总质量越接近于小车的质量，误差越大；反之，槽码的总质量越小于小车的质量，由此引起的误差就越小。

因此，满足槽码的总质量远小于小车的质量就是为了减小因实验原理不完善而引起的误差。

2.偶然误差：阻力补偿不准确、质量测量不准确、计数点间距测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差。

七、注意事项
1.阻力补偿时不要挂重物，整个实验阻力补偿后，不管以后是改变槽码的质量还是改变小车及砝码的质量，都不需要重新阻力补偿。

2.实验中必须满足小车和砝码的总质量远大于槽码的总质量。

此时可认为槽码的重力近似等于绳的拉力
3.改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，待打点稳定后，再放开小车，且应在小车到达滑轮前按住小车。

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。

要点一实验原理和实验方法
[例1] 在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，渗透了研究问题的多种科学方法：
(1)实验环境的等效法：____________________________________________；
6。