探究力与加速度质量关系

【学习目标】

1.学会用控制变量法研究物理规律.

2.会测量加速度、力和质量，能作出物体运动的a－F、a－

1

m图

像.3.通过实验探究加速度与力、质量的定量关系．

一、实验器材

小车、砝码、小桶、砂、细线、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、学生电源、纸带、

刻度尺、天平．

二、实验原理

实验的基本思想——控制变量法

1．保持研究对象即小车的质量不变，改变小桶内砂的质量，即改变作用力，测出小车的对应加速

度，验证加速度是否正比于作用力．

2．保持小桶中砂的质量不变，即保持作用力不变，改变研究对象的质量，测出对应不同质量的加

速度，验证加速度是否反比于质量.

一、实验方案的设计

1．三个物理量的测量方法——近似法

本实验的研究对象：放在长木板上的小车在拉力的作用下做匀加速直线运动．(装置如图1所示)．

图1

(1)小车质量的测量

利用天平测出，在小车上增减砝码可改变小车的质量．

(2)拉力的测量

当小桶和砂的质量远小于小车的质量时，可以认为小桶和砂的重力近似等于对小车的拉力，即

F≈mg.

(3)加速度的测量：逐差法．

2．实验数据的处理方法——图像法、“化曲为直”法

(1)研究加速度a和力F的关系

图2

以加速度a为纵坐标，以力F为横坐标，根据测量数据描点，然后作出图像，如图2所示，若图

像是一条通过原点的直线，就能说明a与F成正比．

(2)研究加速度a与物体质量m的关系

如图3甲所示，因为a－m图像是曲线，检查a－m图像是不是双曲线，就能判断它们之间是不是

反比例关系，但检查这条曲线是不是双曲线，相当困难．若a和m成反比，则a与

1

m必成正比．我

们采取“化曲为直”的方法，以a为纵坐标，以

1

m为横坐标，作出a－

1

m图像，若a－

1

m图像是一条

直线，如图乙所示，说明a与

1

m成正比，即a与m成反比．

图3

二、实验步骤

1．用天平测出小车的质量M，并把数值记录下来．

2．按图4所示的装置把实验器材安装好．

【自主学习】

2．(超重和失重的判断)跳水运动员从10 m 跳台腾空跃起，先向上运动一段距离达到最高点后，再自由下落进入水池，不计空气阻力，关于运动员在空中上升过程和下落过程以下说法正确的有

( )

A ．上升过程处于超重状态，下落过程处于失重状态

B ．上升过程处于失重状态，下落过程处于超重状态

C ．上升过程和下落过程均处于超重状态

D ．上升过程和下落过程均处于完全失重状态

1．(动力学的两类基本问题)如图5所示，在倾角θ＝37°的足够长的固定的斜面底端有一质量m ＝1.0 kg 的物体．物体与斜面间动摩擦因数μ＝0.25，现用轻细绳拉物体由静止沿斜面向上运动．拉力F ＝10 N ，方向平行斜面向上．经时间t ＝4.0 s 绳子突然断了，求：

图5

(1)绳断时物体的速度大小．

(2)从绳子断了开始到物体再返回到斜面底端的运动时间．(已知sin 37°＝0.60，cos 37°＝0.80，取g ＝10 m/s 2)