第四章 第2节 实验：探究加速度与力、质量的关系-【精剖细解】2023年物理新高一初升高衔接讲义（全国通用）

第四章第2节 实验：探究加速度与力、质量的关系 ——精剖细解预习讲义 知识点回顾：探究加速度与力、质量的关系 初中物理中并未学习这部分知识。 首先初中物理并没有学习加速度的知识，对于运动的描述比较简单，并没有对运动学的概念进行系统学习，仅仅要求学生会分析一些直观的物理情景即可。 其次初中物理对于运动与力的关系更多的是定性分析，并不过多要求定量计算，因此不需要学习加速度与力、质量的关系。 知识点1：探究加速度与力、质量的关系 【实验目的】 探究加速度与力、质量的关系；掌握利用实验数据制作图像分析数据的方法；学会运用控制变量法探究物理规律。 【实验原理】 保持小车质量不变，通过改变槽码的个数改变小车所受的拉力。小车所受的拉力可认为与槽码所受的重力相等。测得不同拉力下小车运动的加速度，探究加速度与力的关系。 保持小车所受的拉力不变，通过在小车上增加重物改变小车的质量。测得不同质量的小车在这个拉力下运动的加速度，探究加速度与质量的关系。 【实验器材】 小车、打点计时器、纸带、刻度尺、天平、砝码、槽码、一端带有滑轮的长木板、细线等 【实验装置图】 【实验测量的物理量】 小车的质量（可以用天平测量质量）； 加速度的测量（法1：小车做初速度为零的匀加速直线运动，则可用刻度尺测量位移x和秒表测量时间t，然后由公式 a=(2x)/t2算出加速度；法2：将打点计时器的纸带连在小车上，根据纸带上打出的点来测量加速度；法3：因为我们探究的是加速度与其他物理量之间的比例关系，因此测量不同情况下物体加速度的比值，测出两个初速度为零的匀加速运动在相同时间内发生的位移x1、x2，位移之比就是加速度之比x1/x2= a1/a2） 力的测量：平衡摩擦力并满足重物的质量远小于小车的质量时，可以用细绳所挂重物的重力代替小车所受的合外力。 【数据步骤】 ①用天平测出小车和槽码的质量。 ②按照上面实验装置图安装好实验装置，小车不洗细绳，安装纸带。 ③平衡摩擦力（方法：在长木板无滑轮一端抬高，移动垫木位置到打点计时器正常工作在纸带上所打的点出现相邻点间距相等的现象时停止，固定好位置，如下图所示。目的：使重力的分力与摩擦力平衡，让细绳拉小车的力等于小车所受的合外力） ④把细线系在小车上并绕过滑轮悬挂槽码，将车拉到打点计时器附近。 ⑤先打开计时器电源，再释放小车，得到纸带并在纸带上标记号码，记下槽码的重量。 ⑥改变槽码的重量，重复以上的步骤几次。 ⑦控制槽码质量不变，改变小车质量，再测几组数据。 ⑧设计表格，记录实验数据，表格形式如下： 【实验数据处理】 探究加速度与力的关系，以加速度为纵坐标，力为横坐标建立直角坐标系，根据以上实验数据在图上描点，并用光滑的直线将点连接起来，如下图所示： 探究加速度与质量的关系，以加速度为纵坐标，质量为横坐标建立直角坐标系，根据以上实验数据在图上描点，并用光滑的曲线将点连接起来，如下图所示： 由于上图为双曲线，说明加速度与质量成反比，可用加速度为纵坐标，质量的倒数为横坐标作图，如下图所示： 【实验结论】 保持物体质量M不变时，物体的加速度a与所受力F成正比.。 保持力F不变时，物体的加速度a与质量M成反比。 【实验注意事项】 打点前小车应靠近打点计时器且应先接通电源后释放小车； 在平衡摩擦力时，不要悬挂槽盘，但小车应连着纸带且接通电源。 改变槽码的质量的过程中，要始终保证槽码的质量远小于小车的质量。 作图时应使所作的直线通过尽可能多的点，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。 【误差分析】 平衡摩擦力操作不当，将有以下两种情况出现： 斜面倾角太小，平衡摩擦力不足，加速度与力、质量的倒数的图像如下图所示： 斜面倾角太大，平衡摩擦力过度，加速度与力、质量的倒数的图像如下图所示： 槽码的质量不能远小于小车的质量，即所挂槽码的质量太大时，加速度与力的图像中曲线的斜率会不断减小，如下图所示： 分析：由mg - Ma = ma,由此可得,只有在<<M时，才有F ≈ mg。 ，则m越大时，其差值也越大。 质量测量、长度测量中也存在偶然误差，可通过多次测量取平均值的方法来减小误差。 作图时存在误差。 【实验改进】 利用气垫导轨进行实验，实验装置图如下： 利用弹簧测量计或者力传感器直接测量合外力的大小，加速度可由纸带上的点计算得出，合外力由弹簧测力计测出来。实验装置图如下： 利用光电门测量加速度，利用光电门测出滑块通过G1、G2的速度v1、v2，根据v12 -v22 =2ax求出加速度。实验装置图如下： 利用位移传感器测位移，测出两个初速度为零的匀加速直线运动在相同时间内发生的位移x1、x2,则位移之比等于加速度之比,即。实验装置图如下： 气垫导轨代替长木板，无需平衡摩擦力； 光电门可以