实验探究加速度与力和速度的关系

2．不重ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ平衡摩擦力：整个实验平衡了摩擦力后， 不管以后是改变小盘和砝码的总质量还是改变小车和 砝码的总质量，都不需要重新平衡摩擦力。
四、实验过程
3．实验条件：每条纸带都必须在满足小车的质量远 大于小盘和砝码的总质量的条件下打出。只有如此， 小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力。
4．一先一后一按住：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， 再放开小车，且应在小车到达定滑轮前按住小车。
第十三讲：探究加速度 与力、质量的关系
主讲：高安庭
一、实验目的
1．学会用控制变量法研究物理规律。 2．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
探究加速度a与力F及质量M的关系时，应用的 基本方法是控制变量法，即先控制一个参量— —小车的质量M不变，讨论加速度a与力F的关 系，再控制砝码和小盘的质量不变，即力F不 变，改变小车质量M，讨论加速度a与M的关系。
四、实验过程
【误差分析】
1．因实验原理不完善引起误差。以小车、小盘和
砝码整体为研究对象得 mg＝(M＋m)a；以小车为研
究对象得F＝Ma；求得F
M mg M m
1
1 m
mg
mg
M
本实验用小盘和砝码的总重力mg代替小车的拉力，而实
际上小车所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力。小盘
和砝码的总质量越小于小车的质量，由此引起的误差就
三、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，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、实验过程
一、实验步骤
1．称量质量——用天平测量小盘的质量m0 和小车的质量M0。
2．装器材——按照如图所示装置把实验器 材安装好，只是不把悬挂小盘的细绳系在 小车上(即不给小车牵引力)。
质量远大于砂和砂桶的质量之和；二是对小车要进行“平
讲 衡摩擦力”操作。 解 回答下列问题：
(1)实验要求“小车质量远大于砂和砂桶质量之和”的目
的是_小__车___所__受__拉__力__近__似___等__于__砂__和__砂__桶__的___总__重__力_。
(2)对小车进行“平衡摩擦力”操作时，下列必须进行的 是________(填字母序号)。 A．取下砂和砂桶 B．在空砂桶的牵引下，轻推一下小车，小车能做匀速直 线运动 C．小车拖着穿过打点计时器的纸带做匀速运动时，打点 计时器的电源应断开 D．把长木板没有定滑轮的一端垫起适当高度
四、实验过程
3．平衡摩擦力——在长木板的不带定滑轮的 一端下面垫上一块薄木块，反复移动薄木块的 位置，直至小车在斜面上运动时可以保持匀速 运动状态。
4．让小车靠近打点计时器，挂上小盘和砝码， 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。计算小盘和砝码 的重力，即为小车所受的合外力，由纸带计 算出小车的加速度，并把力和对应的加速度 填入表1中。
四、实验过程 实验 加速度 小车受
次数 a/(m·s－2) 力F/N
1
2
3
4 5．改变小盘内砝码的个数，重复步骤4，并多做几 次。
6．保持小盘内的砝码个数不变，在小车上放上砝 码改变小车的质量，让小车在木板上滑动打出纸 带。计算砝码和小车的总质量M，并由纸带计算 出小车对应的加速度，并将所对应的质量和加速 度填入表2中。
四、实验过程
7．改变小车上砝码的个数，重复步骤6，并多做几次。
实验 加速度 小车和砝码的 次数 a/(m·s－2) 总质量M/kg
1 2 3 4
四、实验过程
二、数据处理
1．计算加速度——先在纸带上标明计数点，测量各 计数点间的距离，根据逐差法计算各条纸带对应的 加速度。
2．作图象找关系——根据记录的各组对应的加速度 a与小车所受牵引力F，建立直角坐标系，描点画aF 图象，如果图象是一条过原点的倾斜直线，便证明 加速度与作用力成正比。再根据记录的各组对应的 加速度a与小车和砝码总质量M，建立直角坐标系， 描点画a－M(1)图象，如果图象是一条过原点的倾斜直 线，就证明了加速度与质量成反比。
越小。因此，满足小盘和砝码的总质量远小于小车的质
量的目的就是减小因实验原理不完善而引起的误差。
四、实验过程
2．摩擦力平衡不准确造成误差。
3．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、细绳或纸带不与木板平行等都会引起 误差。
四、实验过程
【注意事项】
1．平衡摩擦力：在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的 细绳系在小车上，即不要给小车加任何牵引力，且要 让小车拖着纸带匀速运动。
例
题 A．甲图图线不通过原点，是因为没有平衡摩擦力
讲 解
B．甲图图线不通过原点，是因为平衡摩擦力时木
板一端垫得过高
C．乙图图线发生弯曲，是因为弯曲部分对应的小
车的质量太大
D．乙图图线发生弯曲，是因为弯曲部分对应的钩
码质量太大
5．作图：作图时，两坐标轴的比例要适当，要使尽可 能多的点落在所作直线上，不在直线上的点应尽可能 对称地分布在所作直线两侧。
五、实验改进
1．用气垫导轨和光电门来完成此实验。 2．用拉力传感器直接测绳的拉力。
例 例1 [2017·山西太原一模]用图a的装置“探究加速度与力、 题 质量的关系”时有两个“巧妙”的设计，一是要求小车的
例 题 讲
(3)在满足实验条件下，某同学得到了如图b的 图线(M为小车和砝码的总质量)，图线在纵轴 上截距不为零的原因是_长__木__板__倾__角__过__大____。
解
例
题 [2018·云南昆明第一学期检测]某实验小组的同
讲 解
学用如图所示的装置，探究加速度与力和质量的 关系。
例 题 (1)为了使小车受到的合外力的大小等于钩码重力的 讲 大小，则________。 解 A．应将图示装置中长木板的右端垫起适当的高度，
以平衡摩擦力 B．平衡摩擦力时，图示装置中的钩码不需要取下 C．每次改变小车的质量时，都要重新平衡摩擦力 D．钩码的质量要远小于小车的质量
例 题
(2)探究加速度a与所受合外力F的关系时，保 持小车质量一定，有两位同学分别做实验，
讲 作出的aF图线如图甲、乙所示。下列分析正
解 确的是________。