1、实验：探究加速度与力、质量的关系,1了解如何描述物体的运动状态，明确物体运动状态的改变必有加速度2掌握一种科学的研究方法控制变量法3理解加速度和力、质量的关系，并知道得出这个关系的实验思想和实验方法,1实验原理(1)采用控制变量法当研究对象有两个以上的参量发生牵连变化时，我们设法控制某些参量使之不变，而研究其中两个参量之间的变化关系的方法，是物理实验中经常采取的一种方法本实验有F、m、a三个参量，研究加速度a与F及m的关系时，我们应先控制一个参量不变，研究另外两个参量之间的关系在该实验中要求先控制小车的质量m不变，改变小车所受的拉力F，讨论a与F的关系；再控制小车所受的拉力F不变，改变小车的质
2、量m，讨论a与m的关系,(2)要测量的物理量小车与其上砝码的总质量M用天平测出小车受的拉力F用天平测出小盘和盘内砝码的总质量m，由Fmg算出小车的加速度a通过打点计时器打出的纸带测算出,2实验器材打点计时器、纸带及复写纸、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘和砝码、细绳、低压交流电源、天平(带有一套砝码)、刻度尺一、探究加速度与力、质量的关系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按下图将实验器材安装好(小车上不系绳),3平衡摩擦力，把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),
3、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.(即小车受到的合力F)5保持小车的质量不变，改变所挂重物的重力，重复步骤4，多做几次实验，每次小车从同一位置释放，并记录好相应纸带及重物的重力m1g、m2g、(填入表格)6保持小车所受合外力不变，在小车上加放砝码，并测出小车与所放砝码的总质量M1，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(记录的数据填入表格),8数据处理(1)物体的质量一定，加速度与受力的关系(表一
4、),实验数据分析：根据记录的数据，作出a-F图象，即在图中描点、连线通过连线可知，在误差允许的范围内，所描绘各点大致分布在同一条过坐标原点的直线上(2)物体的受力一定，加速度与质量的关系(表二),实验数据分析：根据记录的数据作出力F不变时，am和a图象，在坐标纸上描点、连线，am图象如图甲所示，则由图可知当F不变时，m越大，a越小，有可能成反比，由此可知am图象不易反映出相应规律，若a与m成反比，则a与成正比，故作出F不变时的a的关系图象，如图乙所示,9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)在力F不变时，物体的加速度a与质量m成反比.,【误差分析】1在实验中，我
5、们认为钩码的重力就等于小车所受的合力但这是有误差的，只有在小车质量比较大，钩码重力比较小，且板合理倾斜的情况下，实验结果才比较理想2在长度测量过程中也存在偶然误差，可多次测量取平均值3利用描点作图象使测出的点尽量对称分布于直线两侧，离直线较远的点看做是错误的数据，可舍去不予考虑,【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作图象时，要使尽可
6、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，可舍去不予考虑5小车应靠近打点计时器且先接通电源再放手,.若测得某一物体M一定时，a与F的关系的有关数据如下表所示.,(1)根据表中数据，画出aF图象(2)从图象可以判定：当M一定时，a与F的关系是什么？【解析】若a与F成正比，则图线是一条过原点的直线同时因实验中不可避免地出现误差，研究误差产生的原因，从而减小误差增大实验的准确性，则在误差允许的范围内图线是一条过原点的直线即可连线时应使直线过尽可能多的点，不在直线上的点应大致对称分布在直线两侧，离直线较远的点应视为错误数据，不予考虑【答案】(1)aF图
7、象如下图所示,(2)由图象可知a与F成正比关系2若测得某一物体受力F一定时，a与m的关系数据如下表所示.,(2)反比关系二、实验方案的探究1测量加速度的方案采用较多的方案是使用打点计时器，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案，就是利用这种方法求取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saT2求出加速度条件允许也可以采用气垫导轨和光电门测加速度，也可利用传感器和计算机,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 算出其实，在本节的实验中也可以
8、不测加速度的具体数值，这是因为我们探究的是加速度与其他量之间的比例关系因此，测量不同情况下(即不同受力时、不同质量时)物体加速度的比值就可以了由于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x1、x2，位移之比等于加速度之比，即.参考案例(一),两小车后端各系一条细绳，一起被一个夹子夹着而使小车静止(如右图)打开夹子，两小车同时开始运动；合上夹子，两小车同时停下来用刻度尺测出两小车通过的位移，位移之比就等于它们的加速度之比2测量物体所受外力的方案由于我们上述测量加速度的方案只能适用于匀变速直线运动，所以我们必须给物体提供一个恒定的外力，并且要测量这个外力上述参考案例提供的外力比
9、较容易测量参考案例(二),两个相同的小车放在光滑水平板上，前端各系一条细绳，绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，小盘中可放砝码(如图)实验时，小盘和砝码牵引小车，使小车做匀加速运动的力与小盘和砝码的重力相等(这两个力只是近似相等，条件是小盘和砝码的质量比小车的质量小很多通过以后的学习我们将会证明这一点)因此，增减小盘中的砝码就可以改变小车受到的合力对于粗糙的平板，需进行平衡摩擦力的操作,如右图所示，在研究牛顿第二定律的演示实验中，若1、2两个相同的小车所受拉力分别为F1、F2，车中所放砝码的质量分别为m1、m2，打开夹子后经过相同的时间两车的位移分别为x1、x2，则在实验误差允许的范围内，有()
10、,A当m1m2、F12F2时，x12x2B当m1m2、F12F2时，x22x1C当F1F2、m12m2时，x12x2D当F1F2、m12m2时，x22x1【解析】题中m1和m2是车中砝码的质量，不能认为是小车的质量本题中只说明了两小车是相同的，并未告诉小车的质量是多少当m1m2时，两车加砝码总质量仍相等，若F12F2，则a12a2，由xat2得x12x2，A对当F1F2时，若m12m2时，无法确定两车加砝码后的总质量关系，两小车的加速度关系也就不明确，故无法判定两车的位移关系【答案】A,用如下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
11、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质量E保持小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关系图象，并由图象确定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】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
12、，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以下交流电压的学生电源上作aM关系图象，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关系图象【答案】(1)该同学漏掉的重要实验步骤是平衡摩擦力，该步骤应排在按图装好实验器材即B步实验之后(2)在上述步骤中，有错误的是步骤D，应把6 V电压的蓄电池改为6 V以下交流电压的学生电源(3)在上述步骤中，处理不恰当的是步骤G，应把aM改为a,在探究加速度和力的关系时，我们使用了两个完全相同的小车，水平拉小车的绳的另外一端分别挂有不同数目的钩码，设钩码的数目与对小车的拉力成正比，且操作符合
13、实验要求试根据下表中记录的信息(表中小车位移单位为m)，得出加速度和力的关系.,【解析】由于两小车的运动可近似看成是初速度为零的匀加速运动，两个小车运动的时间t相同，由位移公式xat2可知，加速度和位移成正比关系，也就是说，要知道加速度和力的关系,怎样，只需得出位移和力的关系由第一组数据可以知道，拉力之比为12，在误差允许的范围内，位移之比为，近似为12.同样分析另外两组数据，会得出同样的结论，即拉力和位移成正比，也就是说加速度和力成正比关系【答案】加速度和力成正比,某实验小组的几名同学在探究加速度与物体的质量以及外力关系的实验中，当物体的质量一定时，分别根据实验数据画出了不同的实验图象，如下
14、图所示，下列说法中正确的是(),A形成图甲的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大B形成图乙的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小C形成图丙的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大D形成图丁的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小【解析】根据图象可分析，甲、乙两图中，当外力F0时加速度a0，则说明F0时已经有加速度，,这说明木板倾角过大木板的倾角越大，小车获得的动力就越大，越容易出现甲、乙两图所对应的情况，因此选项A正确丙、丁两图中，当加速度a0时外力F0，即拉力不为零时加速度却仍为零，这说明还有摩擦力没有平衡掉，因此木板倾角过小，选项 D正确【答案】AD,本实验中，小车所受的作用力是指小车所受的合外力，如果不采用一定的办法平衡掉小车以及纸带所受的摩擦力，或者平衡摩擦力时，方法不正确，都会带来很大的实验误差平衡摩擦力的方法是：将长木板不带滑轮的一端适当垫高，把小车放在木板上，连上纸带，接通电源，轻推小车，当纸带上打点比较均匀时，我们认为小车在木板上做匀速运动，此时说明摩擦力恰好被平衡,随堂演练点击进入链接,
