实验4 实验：探究加速度与力和质量的关系 讲义 -2026-2027学年高一上学期物理人教版必修第一册

实验4. 探究加速度与力和质量的关系

一、实验目的

1. 采用比较法测定加速度。

2. 使用控制变量法探究加速度与力、质量的关系。

3. 掌握运用图像法处理实验数据的方法。

 

二、实验原理

借助控制变量法探究加速度a与力F、质量M的关系，可先控制力F不变，研究a与M的关系，再控制质量M不变，研究a与F的关系。

 

三、实验器材

带有定滑轮的长木板、低压交流电源、复写纸与纸带、小车、小盘、电磁打点计时器、天平、砝码、刻度尺、导线、细绳、薄木块。

四、实验步骤（阻力补偿法）

1. 使用天平测量小车的质量M，以及小盘与砝码的总质量m。

2. 按照图示组装好实验器材，此时暂不将悬挂小盘的细绳连接到小车上。

3. 在长木板没有定滑轮的一端下方垫上薄木块，调整薄木块的位置，直至拖着纸带的小车能够在木板上做匀速直线运动。

4. 将细绳绕过定滑轮系在小车上，先接通电源，再释放小车，打点完成后及时断开电源，取下纸带。

5. 保持小车质量M不变，改变小盘与砝码的总质量m，重复步骤4三次。

6. 在每条纸带上选取一段打点清晰的理想区域，计算对应的加速度a。

7. 绘制a-F图像，若图像为过原点的直线，即可证明加速度与力成正比。

8. 保持小盘与砝码的总质量m不变，改变小车的质量M，重复步骤4和6，绘制a—图像，若图像为过原点的直线，即可证明加速度与质量成反比。

 

五、数据处理

可采用逐差法或v-t图像法计算加速度a。

1. 以a为纵坐标，F为横坐标，描点并绘制图线，若图线为过原点的直线，说明a与F成正比。

2. 以a为纵坐标，横坐标，描点并绘制图线，若图线为过原点的直线，即可判定a与M成反比。

  

六、误差分析

本实验的偶然误差主要来自质量的测量与计数点间距的测量，可通过多次测量取平均值的方式减小。本实验的系统误差主要由两个因素引发，具体分析如下：

摩擦力平衡不当导致的误差

1图a-F图线不经过原点，分为两种情形：

(1) 若摩擦力平衡不足，当F≠0时，a仍为0。

(2) 若摩擦力平衡过度，当F=0时，a不为0。

(甲图甲中，①直线对应摩擦力平衡过度，②直线说明摩擦力未完全平衡。

2．由于不满足M≫m引起的误差

(1)在a­F图像中，根据a＝mg，M一定，当满足M≫m时，图线斜率视为不变，图线为直线．不满足M≫m时，随着m增大，图线斜率减小，图线向下弯曲．

(2)在a­图像中，根据a＝mg＝·，m一定，当满足M≫m时，图线斜率视为mg不变，图线为直线．不满足M≫m时，随着M减小，图线斜率减小，图线向下弯曲．

    3.实验操作造成的误差

质量测量不准确、计数点间的间距测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差．

七、注意事项

1. 摩擦力的平衡：平衡摩擦力过程中，不得将悬挂小盘的细绳系在小车上，即不能向小车施加任何牵引力，需保证小车拖着纸带做匀速运动。

2. 完成摩擦力平衡后，无论改变小盘与砝码的总质量，还是调整小车的质量，都无需再次进行摩擦力平衡操作。

3. 实验需满足的条件：M远大于m（m不超过M的1/10）。唯有如此，才可将小盘与砝码的总重力近似视为小车受到的拉力。

4. 若使用弹簧测力计或力传感器直接测量拉力，无需满足M远大于m的条件。

5. 操作顺序要求：调整拉力或小车质量后，每次实验开始时小车应尽可能靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，且需在小车抵达滑轮前按住小车。

八.拓展及创新实验

 

 

 

 

题型1.探究a与F和M的关系

1．某同学利用如图1所示的装置探究物体的加速度a与所受合力F的关系。