5.2：探究加速度与力质量的关系导学案

5.2实验：加速度与力、质量的关系
一、学习目标：
1、用比较法测量加速度；
2、用控制变量法探究加速度与力、质量的关系；
3、掌握利用图象处理数据的方法。

二、实验原理
( 一)、采用控制变量法
1、先控制小车的质量不变，改变小车所受的拉力F，讨论a与F的关系；
2、再控制小车所受的拉力F不变，改变小车的质量m，讨论a与m的关系．
( 二)、要测量的物理量
小车与其上砝码的总质量M——一用天平测出．
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F＝mg算出．
小车的加速度a——通过打点计时器打出的纸带测算出．
( 三)、平衡摩擦力的目的和方法
①目的：实验中小车要受到摩擦阻力的作用，垫高水平木板不带滑轮的一端，使小车自身重力沿斜面的分力平衡摩擦力，这样小车所受拉力即为合力．
②方法：不挂托盘，使小车拖着纸带，纸带通过打点计时器，并且使打点计时器处于工作状态，逐渐调节木板的倾角，使小车做匀速直线运动，即平衡了摩擦力．
三、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．
四、实验步骤
（一）、探究加速度与力、质量的关系?
1．用天平测出小车和小盘(包括其中砝码)的质量分别为M0、
m0，并把数值记录下来．
2．如图将实验器材安装好(小车上不系绳)．
3．把木板无滑轮的一端下面垫一薄木板，平衡摩擦力．
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m o g．5．保持小车的质量不变，改变小盘(包括其中砝码)的质量，重复步骤4多做几次实验，每次小车从同一位置释放，并记录好相应纸带重物的重力m1g、m2 g…
6．保持小车所受的合外力不变，在小车上加砝码，并测出小车和放上砝码后的总质量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．
8．分别在坐标系中作出M不变时，a一F图象和F不变时，a一M图象．
1．你在图(a)中画出的a一F图象；在图(b)中画出的a一M图象；在图(c)中画出的a一1 M
图象
结论：在误差允许的范围内得出的结论是：当M不变时，a与F成正比；
当F不变时，a与M成反比．
五、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．小车应靠近打点计时器且先接通电源再释放纸带．
六、误差分析
1．质量的测量误差、纸带上打点计时器打点间隔距离的测量误差，拉线或纸带不与木板平行等都会造成误差．
2．因实验原理不完善造成误差：本实验中用小盘及砝码的总重力代替小车受到的拉力(实际上小车受到的拉力要小于小盘及砝码的总重力)，存在系统误差．小盘及砝码的总质量越接近小车的质量，误差就越大；反之，小盘及砝码的总质量越小于小车的质量，误差就越小．
3．平衡摩擦力不准造成误差：在平衡摩擦力时，除了不挂小盘外，其他的都跟正式实验一样(比如要挂好纸带、接通打点计时器)，匀速运动的标志是打点计时器打出的纸带上点的距离相等．五、
七、例题解析
【例1】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，如图所示，图甲为实验装置简图(交流电的频率为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 m/s 2 (保留两位有效数字)．
(2)保持砂和砂桶质量不变，改变小车质量m ，分别得到小车加速度a 与质量m 及对应的
1m
，数据如下表：
请在如图所示的方格坐标纸中画出a 一
1m 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 ． (3)保持小车质量不变，改变砂和砂桶质量，该同学根据实验数据作出了加速度a 随合 力F 的变化曲线，如图所示．该图线不通过原点，请你分析其
主要
原因是。