第14讲 实验：探究加速度与力、质量的关系-【暑假自学课】2022年新高一物理暑假精品课（人教版）

第14讲 实验：探究加速度与力、质量的关系 【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－图象 .3.会通过实验探究加速度与力、质量的定量关系． 【基础知识】 一、实验器材 小车、砝码、砝码盘、细线、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、 、纸带、 、 ． 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，改变砝码盘内砝码的质量，即改变 ，测出小车的对应加速度，验证加速度是否正比于作用力． (2)保持砝码盘中砝码的质量不变，即保持 不变，改变研究对象即小车的 ，测出对应不同质量的加速度，验证加速度是否反比于质量． 三、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：小车 (装置如图1所示)． 图1 (1)小车质量的测量：利用 测出，在小车上增减砝码可改变小车的质量． (2)拉力的测量：当砝码盘和砝码的质量 小车质量的情况下，可以认为砝码盘和砝码的重力近似等于小车所受的拉力(合外力)． (3)加速度的测量：由纸带根据公式Δx＝aT2，结合逐差法计算出小车的加速度． 2．实验数据的处理方法——图象法、“化曲为直”法 图2 (1)研究加速度a和力F的关系 以加速度a为纵坐标，力F为横坐标，根据测量数据描点，然后作出图象，如图2所示，若图象是一条通 ，就能说明a与F成 ． (2)研究加速度a与质量m的关系 如图3所示，因为a－m图象是曲线，检查a－m图象是不是双曲线，就能判断它们之间是不是成反比关系，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与必成正比．我们采取“化曲为直”的方法，以a为纵坐标，以为横坐标，作出a－图象，若a－图象是一条 ，说明a与成 ，即a与m成 ． 图3 四、实验步骤 1．用 测出小车的质量M，并把数值记录下来． 2．按如图4所示的装置把实验器材安装好(小车上先不系绳)． 图4 3．平衡摩擦力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫一木块，反复移动木块位置，直到轻推小车在斜面上运动时可保持 运动为止(纸带上相邻点间距相等)． 4．在砝码盘里放入适量的砝码，用细绳绕过定滑轮系在小车上，在小车上加放适量的砝码，用天平测出砝码盘和砝码的质量m，记录下来．接通电源，放开小车，待打点计时器在纸带上打好点后取下纸带，并设计表格如下. 次数 1 2 3 4 5 6 小车加速度a/(m·s－2) 砝码盘和砝码的质量m/kg 拉力F/N 5.保持小车的 不变，改变砝码和砝码盘的质量，按步骤4再做5次实验． 6．在每条纸带上选取一段比较理想的部分，算出每条纸带对应的加速度的值，填入表格中． 7．用纵坐标表示加速度，横坐标表示作用力，根据实验结果画出小车运动的a－F图象，从而得出a、F之间的关系． 8．保持砝码和砝码盘的 不变，在小车上加放砝码，重复上面的实验，求出相应的加速度，并设计表格如下．根据实验结果画出小车运动的a－图象，从而得出a、M之间的关系. 次数 1 2 3 4 5 6 小车加速度a/(m·s－2) 小车质量M/kg /kg－1 9.整理实验器材，结束实验． 五、注意事项 1．打点前小车应 打点计时器且应先 后 ． 2．在平衡摩擦力时， (填“要”或“不要”)悬挂砝码盘，但小车应连着纸带且接通电源．用手轻轻地给小车一个初速度，如果在纸带上打出的点的间隔 ，表明小车受到的阻力跟它受到的重力沿斜面向下的分力平衡． 3．改变砝码的质量的过程中，要始终保证砝码和砝码盘的质量 小车的质量． 4．作图时应使所作的 通过尽可能多的点，不在直线上的点也要尽可能的对称分布在直线的两侧，但若遇到个别偏离较远的点可舍去. 【答案】 一、交流电源、刻度尺、天平． 二、(1)作用力．(2)作用力 质量， 三、1．(1)天平 质量．(2)远小于．(3) aT2， 2．(1)通过原点的直线，正比．(2)直过原点的直线，正比，反比． 四、1．天平． 3．匀速直线5. 质量8质量 五、1．靠近 接通电源 释放小车．2．不要 均匀3．远小于．4．直线 【考点剖析】 考点一：实验原理和实验操作 例1．在探究加速度与物体所受合外力和质量间的关系时，采用如图所示的实验装置，小车