第四章 第2节 探究加速度与力、质量的关系-【高考领航】2023-2024学年高中物理必修第一册同步核心辅导与测评（教科版）

第2节　探究加速度与力、质量的关系 一、实验目的 1．学会用控制变量法探究物理规律。 2．探究加速度与力、质量的关系。 3．掌握利用图像处理数据的方法。 二、实验思路——控制变量法 1．探究加速度与力的关系 保持小车质量不变，通过改变砝码的个数改变小车所受的拉力，测得不同拉力下小车运动的加速度，分析加速度与拉力的定量关系。 2．探究加速度与质量的关系 保持小车所受的拉力不变，通过在小车上增减砝码改变小车的质量，测得不同质量的小车对应的加速度，分析加速度与质量的定量关系。 三、实验方案 1．实验器材 打点计时器、纸带、小车、一端附有定滑轮的长木板、托盘、砝码、细线、交流电源、导线、天平(带有一套砝码)、刻度尺。 2．物理量的测量 (1)质量的测量：用天平测量。 (2)力的测量 ①在阻力得到平衡的情况下，小车受到的拉力等于小车所受的合力。 ②在重物的质量比小车的质量小得多时，可认为小车所受的拉力近似等于重物所受的重力。 (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。 四、实验操作及数据处理 1．安装器材：按图所示将实验器材安装好(小车上不系绳)。 2．平衡摩擦力：在木板无滑轮的一端下面垫一薄木板，反复移动其位置，使小车在不挂托盘和砝码的情况下，能沿木板做匀速直线运动(纸带上相邻点的间距相等)。 3．把小车停在靠近打点计时器处，细线绕过定滑轮系在小车上，另一端挂上重物(托盘和砝码)。保持小车质量不变，改变砝码的个数，以改变小车所受的拉力。处理纸带，测出加速度，将结果填入表1中。 表1　小车质量一定 拉力F/N 加速度a/(m·s－2) 4.保持重物质量不变，即保持小车所受的拉力不变，在小车上增减砝码，重复上面的实验，求出相应的加速度，把数据记录在表2中。 表2　小车所受的拉力一定 质量M/kg 加速度a/(m·s－2) /kg－1 5．分析加速度a与力F的定量关系 由表1中记录的数据，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a-F图像，如图所示，若图像是一条过原点的直线，就能说明a与F成正比。 6．分析加速度a与质量M的定量关系 由表2中记录的数据，以a为纵坐标，以为横坐标，根据测量数据描点，然后作出a-图像，如图所示。若a-图像是一条过原点的直线，说明a与成正比，即a与M成反比。 7．实验结论 (1)保持物体质量不变时，物体的加速度a与所受拉力F成正比。 (2)保持拉力F不变时，物体的加速度a与质量M成反比。 五、注意事项 1．打点前小车应靠近打点计时器且应先启动打点计时器后放开小车。 2．在平衡阻力时，不要悬挂重物，但小车应连着纸带且启动打点计时器。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均匀，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．改变重物的质量的过程中，要始终保证重物的质量远小于小车的质量。 4．作图时应使所作的直线通过尽可能多的点，不在直线上的点要尽可能地均匀分布在直线的两侧，个别偏离较远的点应舍去。 　实验原理与操作 　(1)我们已经知道，物体的加速度a同时跟合外力F和质量m两个因素有关，研究这三个物理量之间的定量关系的思想方法是________。 (2)某同学的实验方案如图所示，她想用沙桶和沙的总重力表示小车受到的合外力F，为了减小这种做法带来的实验误差，她先做了两方面的调整措施： a．用小木块将长木板无滑轮的一端垫高，目的是____________________。 b．使沙桶和沙的总质量远小于小车的质量，目的是使拉小车的力近似等于___________________________________________________________________。 (3)该同学利用实验中打出的纸带求加速度时，处理方案有两种： A．利用公式a＝计算； B．利用逐差法根据a＝计算。 两种方案中，你认为选择方案________比较合理。 解析：(1)研究三个物理量之间的定量关系的思想方法是控制变量法。 (2)用小木块将长木板无滑轮的一端垫高，目的是平衡摩擦力。使沙桶和沙的总质量远小于小车的质量，目的是使拉小车的力近似等于沙桶和沙的总重力。 (3)利用实验中打出的纸带求加速度时，需要根据a＝利用逐差法计算，方案B比较合理。 答案：(1)控制变量法　(2)a.平衡摩擦力 b．沙桶和沙的总重力　(3)B [针对训练] 1.用如图所示的装置探究在拉力F一定时，小车的加速度a与小车(含砝码)质量m的关系，某同学设计的实验步骤如下： A．用天平称出小车和小桶及内部所装沙子的质量 B．按图安装好实验器材 C．把轻绳系在小车上并绕过定滑轮连