知识讲解实验：探究加速度与力、质量的关系

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1、实验：探究加速度、力、质量之间的关系【学习目标】1.掌握在研究三个物理量Z间关系时，常用的控制变暈法2.理解物体的加速度大小与力有关，也与质量有关3.通过实验探究加速度与力和质量的定量关系4.根据原理去设计实验，处理实验数据，得出结论5.会分析数据表格，利用图象寻求物理规律【要点梳理】要点一、怎样测量（或比较）物体的加速度1.物体做初速为0的匀加速直线运动，测量物体加速度最直接的办法就是用刻度尺测量位移并用秒表测7r量时间，由公式a=yr算出加速度。2.可以在运动物体上连一条纸带，通过打点计时器打点来测量加速度。3.也可以不测加速度的具体数值，而测不

2、同情况下（即不同受力时、不同质量时）物体加速度的比值。7Y根据67=—,测出两初速度为0的匀加速运动在相同时间内发生的位移Xi、X2,位移比就是加速度之比，a2兀2要点二、怎样提供和测量物体所受的恒力在现实中，仅受一个力的情况几乎是不存在的。一个单独的力的作用效果与跟它大小、方向都相同的合力的作用效果是相同的，因此，在实验中我们只要测出物体所受的合力即可。如何为运动的物体提供一个恒定的合力？又如何测出这个合力呢？可以在绳的一端挂钩码，另一端跨过定滑轮拉物体，使物体做匀加速运动的力就是物体的合力，这个合力等于钩码的重力。通过测量钩码的重力就可测得物体所

3、受的合力。要点三、平衡摩擦力依据上面的方案中做匀变速运动的物体，受的合力并不等于钩码的重力。这是由于物体在相对运动，还要受到滑动摩擦力。如何减小滑动摩擦力，使我们所测得的钩码重力尽可能接近于物体所受的合力？①使用光滑的木板；②平衡滑动摩擦力。将木板一端垫高，让物体从木板上匀速滑下，此时物体的重力分力就等于物体所受的摩擦力。③平衡摩擦力后，当小车的质量发生改变时，不用再平衡摩擦力。这是由于mgsin6=pngcos0,等式的两边质量可以抵消，即与物体的质量大小没有关系。要点四、如何处理实验数据本实验的数据处理可以采用计算法和图象法两种不同的方法：1.计

4、算法测得加速度或加速度Z比（等于位移Z比）后，通过计算看看是否满足4_F]ax_m2—、—色F2a2m,2.图象法测得加速度后，用拉力F为横坐标，加速度a为纵坐标，描绘a-F图象，看看图彖是否为过原点的倾斜直线；用丄为横坐标，加速度a为纵坐标，描绘4一丄图象，看看图象是否为过原点的倾斜直线。或者在测得加速度之比（等于位移之比）后，用两车拉力之比F2/F1为横坐标，两车位移之比X2/XI表示加速度Z比a2/尙为纵坐标，描绘a—F图象，看看图象是否为过原点的倾斜直线；用nh/n）2为横坐标，加速度az/i为纵坐标，描绘a—丄图彖，看看图彖是否为过原点的倾

5、斜直线。要点五、实验注意事项1.牵引小车的祛码应有10g、20g、50g等规格。没有小规格祛码，可用沙桶装沙替代，质量用天平称量。2.探究加速度与力的关系：小车质量为200g,两车上而均可加100g左右的舷码。保持其屮一个小车所挂耘码不变（如20g）,另一小车所挂耘码逐渐加大，但不要过大。耘码质量过大，会使图象线性变差。3.探究加速度与质量的关系：一车质量固定为300g,另一车质量可自200g起，逐次增加祛码至700g〜800g。牵引小车的祛码以30g〜40g为宜。小车质量过大，夹子不容易夹住车后拖线，造成位移误差。4.小车后所系线绳要用适当粗些的棉

6、绳，当夹子夹住线绳时不会滑动。如果用表面较光滑的尼龙绳，当夹子闭合吋线绳还会被小车拖一段距离才会停住。解决的办法可在尼龙绳上擦一些松香，以增大线绳与夹子之间的摩擦力。5.选择口宽、弹力大的夹子，使夹子张开和闭合动作要迅捷有力。动作缓慢，会使某些夹子张开夹口时两侧张开的程度不一样，张开较小的一侧所控制的小车拖绳受阻，影响到小车运动。6.注意小车运动停止的位置不能与定滑轮相碰。实验中如果小车碰到定滑轮才松手让夹子夹住拖线，则与定滑轮相碰的小车位移偏小而产生误差。要点六、实验误差分析1.因实验原理不完善引起的误差.本实验用砂和砂桶的总重力（id+M'）g代

7、替小车的拉力，而实际小车所受的拉力要小于砂和砂桶的总重力.砂和砂桶的总质量越接近小车和磁码的总质量，误差越大；反之，砂和砂桶的总质量越小于小车和祛码的总质量，由此引起的误差就越小.因此，满足砂和砂桶的总质量m远小于小车和磁码的总质量M的目的就是为了减小因实验原理不完善而引起的误差.此误差可因加《M而减小，但不可能消除此课差•证明如下：小车和砂桶的受力情况如图所示.对小车：F-Ma,①对砂桶：mg-F=ma,②解得："迪二*.M4-m]

8、m~M可见当时M时，F-mg.【说明】上面的证明在这里讲的目的，旨在使同学们懂得为什么实验屮要加《M,不要求同学们会

9、处理这类问题.这个问题在学完本章后来体会就更好.2.平衡摩擦不准造成误差.实验原理中设定为光滑水平面情形，所