第二節

實驗：探究加速度與力、質量的關系

什么是物體運動狀態的改變？根據牛頓第一定律，物體運動狀態改變的原因是什么？

復習思考：物體運動狀態的改變指的是物體的速度發生了變化力是改變物體運動狀態的原因力運動狀態變化速度變化產生加速度力是產生加速度的原因一、【實驗目的】

——定量分析a、F合、m的關系。二、【實驗原理】

研究方法：

B．F一定時，a與m的定量關系

A．m一定時，a與F的定量關系控制變量法◆．實驗設計:

——參考方案一：用打點計時器探究小車：研究對象，可用天平稱其質量M.打點計時器：測量小車運動過程中的加速度a.砝碼盤和砝碼：重力mg提供拉力GFNFf1.小車質量遠遠大于托盤和砝碼質量即：M>>m2.平衡摩擦

F合=mg的條件平衡摩擦力：GG1FNfG1平衡摩擦力f。

當M>>m時，可近似認為小車所受的拉力F等于mg.三、【實驗器材】——打點計時器，紙帶及復寫紙，小車，一端附有滑輪的長木板，小盤和砝碼，細繩，低壓交流電源，導線，天平，刻度尺．四、【實驗步驟】

1．用天平測出小車M、砝碼的質量和小盤與砝碼的總質量m，把數據記錄下來．

2．安裝好實驗裝置，在小車上裝好紙帶，紙帶另一端穿過計時器限位孔，調整木板傾斜程度，平衡摩擦力。

3．控制小車質量不變，用細線將小盤與小車相連（小盤質量遠小于小車質量），打開打點計時器，釋放小車，測出一組數據。

4．改變小盤內砝碼個數，多測幾組數據。

算出每條紙帶對應的加速度的值，填入表格（一）中。5．保持小盤內砝碼個數不變，改變小車質量，再測幾組數據。

并將對應的質量和加速度的值，填入表格（二）中。五、【數據處理】實驗次數F(N)a(m/s2)123450.100.1460.200.3020.300.4280.400.5920.500.751F/Na/m·s-20.150.300.450.600.7500.10.20.30.40.5

①結論：M一定時，a∝F

①②

②平衡摩擦不夠或沒有平衡摩擦

③平衡摩擦過度

③

（1）M一定，a與F關系次數m/kga/m·s-210.4000.86120.5000.69230.7500.47041.0000.35251.2000.2901/mkg-12.502.001.331.000.83m/kga/m·s-20.20.40.60.81.000.20.40.60.81.01.2

（2）F一定，a與

M的關系a/m·s

-20.20.40.60.81.000.51.01.52.02.5/kg-1m1結論：F一定時，

a∝1/M六、【注意事項】1．在平衡摩擦力時，去托盤和砝碼，讓小車拖著被打點的紙帶運動．不需重復平衡摩擦力2．每條紙帶必須在滿足小車與車上所加砝碼的總質量遠大于小盤和砝碼的總質量的條件下打出．只有如此，小車受到的拉力才可視為等于小盤和砝碼的總重力．3．改變拉力和小車質量后，每次開始時小車應盡量靠近打點計時器，并應先接通電源，再放開小車，且應在小車到達滑輪前按住小車．七、【誤差來源】1．測量誤差：（1）質量的測量．（2）打點間隔距離的測量．2．操作誤差：（1）拉線或紙帶不與木板平行．（2）傾斜角度不當，平衡摩擦力不準．3．原理誤差：

本實驗中用小盤和砝碼的總重力代替小車受到的拉力(實際上小車受到的拉力要小于小盤和砝碼的總重力)，存在系統誤差.方案二：以小車、一端帶有定滑輪的長木板、細線、砝碼、刻度尺、天平、夾子為實驗器材，研究小車的運動，利用兩小車位移之比就等于加速度之比來研究加速度與力和質量的關系。——參考方案二：F/Na/m·s

-20.150.300.450.600.7500.10.20.30.40.5當小車質量不變時次數F/Na/m·s-2123450.100.1460.200.3020.300.4280.400.5920.500.7511.探究加速度與合力的關系如何更直觀地處理數據？m/kga/m·s

-20.20.40.60.81.000.20.40.60.81.01.2當拉力不變時次數m/kga/m·s-2123451/m(kg-1)2.502.001.331.000.830.4000.8610.5000.6920.7500.4701.0000.3521.2000.2902.探究加速度與質量的關系1/m(kg-1)a/m·s

-20.20.40.60.81.000.51.01.52.02.5（三）實驗結論m一定時，a∝FF一定時，a∝1/mF/Na/m·s

-20.150.300.450.600.7500.10.20.30.40.51/m(kg-1)a/m·s

-20.20.40.60.81.000.51.01.52.02.5用天平稱出小車和小桶及內部所裝砂子的質量B.按圖裝好實驗器材C.把輕繩系在小車上并繞過定滑輪懸掛砂桶D.將電磁打點計時器接在6V電壓的蓄電池上，接通電源，放開小車，打點計時器在紙帶上打下一系列點，并在紙帶上標明小車質量E.保持小桶及其中砂子的質量不變，增加小車上的砝碼個數，并記錄每次增加后的M

值，重復上述實驗F.分析每條紙帶，測量并計算出加速度的值G.作a－M關系圖象，并由圖象確定a－M

的關系實驗步驟的考查例1.在用如圖所示的裝置研究作用力F一定時，小車的加速度a與小車質量M的關系時，某位同學設計的實驗步驟如下：(1)該同學漏掉的重要實驗步驟是

，該步驟應排在

步實驗之后。(2)在上述步驟中，有錯誤的是

，應把

改為

。(3)在上述步驟中，處理不恰當的是

，應把

改為

。平衡摩擦力BD6V的蓄電池6V以下交流電壓的學生電源Ga－1/Ma－M例2.某實驗小組的同學在“探究加速度與物體的質量以及外力的關系”的實驗中，當物體的質量一定時，分別根據實驗數據畫出了不同的實驗圖象，如圖所示。則下列說法中正確的是(

)數據處理的考查A.形成圖甲的原因是平衡摩擦力時長木板傾角過大B.形成圖乙的原因是平衡摩擦力時長木板傾角過小C.形成圖丙的原因是平衡摩擦力時長木板傾角過大D.形成圖丁的原因是平衡摩擦力時長木板傾角過小AD實驗數據的處理例3.在“探究加速度與力、質量的關系”的實驗中，實驗裝置如圖所示。(1)為驗證小車質量M不變時，a與F

成正比。小車質量M

和沙及桶的質量m

分別選取下列幾組數值。應該用哪組效果會好(

)A.M＝500g，m

分別為50g、70g、100g、125gB.M＝500g，m

分別為20g、30g、40g、50gC.M＝200g，m

分別為50g、70g、100g、125gD.M＝200g，m

分別為30g、40g、50g、60gB(2)有兩位同學通過測量作出a－F

圖象，如圖甲、乙所示。試分析：A

圖線不通過坐標原點的原因是______________________________________；A

圖線上部彎曲的原因是____________________________________________；B圖線在縱軸上有截距的原因是______________________________________。沒有平衡摩擦力或摩擦力平衡不夠未滿足沙和沙桶質量m遠小于小車的質量M平衡摩擦力過度

小結探究加速度與力、質量的關系1.研究方法2.數據處理方法3.結論控制變量法圖象法a∝Fa∝1/m1．關于“探究加速度與力、質量的關系”的實驗，下列說法中符合實際的是(

)A.通過同時改變小車的質量及受到的拉力的研究，能歸納出加速度、力、質量三者之間的關系B.通過保持小車質量不變，只改變小車的拉力的研究，就可以歸納出加速度、力、質量三者之間的關系C.通過保持小車受力不變，只改變小車質量的研究，就可以得出加速度、力、質量三者之間的關系D.先不改變小車質量，研究加速度與力的關系；再不改變受力，研究加速度與質量的關系，最后歸納出加速度、力、質量三者之間的關系D2.在做“探究加速度與力、質量的關系”的實驗時，某學生將實驗裝置如圖所示安裝，準備接通電源后開始做實驗，但他的裝置圖中有兩個明顯的錯誤，請你指出來：（1）

（2）沒有平衡摩擦力打點計時器應使用低壓交流電源(1)根據表中的數據在如圖所示的坐標中作出a－F圖象；3．某同學在“探究加速度與力、質量的關系”的實驗中，測得小車的加速度a和拉力F的數據如下表所示：F/N0.200.300.400.500.60a/(m·s－2)0.110.190.290.400.51(2)圖象的斜率的物理意義是_________________；(3)圖象(或延長線)與F軸的截距的物理意義是___________；(4)小車和砝碼的總質量為________kg。小車和砝碼的總質量的倒數小車受到的阻力14.如圖所示，兩個高1.2m左右的支架上，放著兩條平行光滑鋁合金導軌，且已調成水平狀態，在光滑的導軌上放著兩輛質量相等、性能一樣的小車，1號車放在左邊，系有一根通過木板右端的小定滑輪的細線，繩端有一小桶，桶中可放砝碼。2號車在右端，系有一根通過木板左端的小定滑輪的細線，繩端有一相同的小桶，兩輛車一開始被左、右兩端的電磁鐵吸住，電磁鐵串聯后接在6V的學