如何探究加速度与力[1]

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1、如何探究加速度与力、质量的关系聊城市衽平县一中西校李栋邮编252100【摘要】通过消除摩擦力、设定—.纸带上加速度的测量，明确出用打点计时器和钩码探究加速度与力、质10量的关系【关键词】质量（M、m）,摩擦力，加速度（a）,拉力（F）牛顿运动定律是高中物理知识的重点内容，其中牛顿第二定律又是重点之重。验证牛顿第二定律的学生分组实验，一直是困扰中学实验教学多年的难题。现行人教版高中物理必修①课本第四章第二节内容就是学生分组实验一一探究加速度与力、质量的关系。其实质就是验证牛顿第二定律。课本仅仅给出了一个参考案

2、例。此案例存在设计缺陷大，误差较大。为了减小误差，基于简单、方便的原则，决定采用打点计时器进行学生实验。虽然数据处理对学生要求较高，但实验效果良好，受到师生一致好评。一、仪器的选用：①10g钩码：一个②20g钩码：两个③50g钩码：两个④200g钩码：两个⑤斜面小车或轨道小车：一套⑥电磁打点计时器或电火花计时器：一台⑦学生电源：一台⑧厚木块（可用斜面小车附件）：一块⑨纸带：四条⑩导线：两根二、实验原理分析首先明确可以采用通过滑轮用钩码拉车的办法给小车提供力，但是钩码所受的重力NYMgII并不等于细线对小车的

3、拉力。这是因为钩码通过细线与小车组成了连接体。图1图2对钩码进行受力分析后得到：mg-F=mao对小车进行受力分析后得到：F-f^Mao联立此二等式得到：mg-f=(M+m)ao由此可见，由于存在未知的摩擦力，必须给予消除。在消除摩擦力后，加速度M+加细线拉力F=—mgo叮见，FVmg。M+加只有当mVVM吋，F^mg,即细线拉力等于钩码所受重力。三、摩擦力的消除1、摩擦力来源:①滑轮两个轴承摩擦;②小车四个轴承摩擦；③长轨道或长木板不够平直。2、摩擦力消除方法是:①在长木板一端下垫厚木块使木板变倾斜，左右

4、移动木块位置，直到出现以下情况:轻推小车后小车在整个长木板上做加速度很小的加速运动,可认为近似做匀速直线运动。因为必须考虑到定滑轮自身具有转动惯量，在加速转动过程中消耗能量。由于摩擦力变化较大，所以只能基本消除而不能完全消除。Mg图3①给小车四个轴承加注润滑油。此法可使长木板倾斜角减小近一半。②给滑轮两个轴承加注润滑油。此法可减少加速度不稳定的难题。③用细砂纸打磨轨道面或木板面。可减少小车前进中的阻力。三、M与H1关系：M、m的改变采用添加或更换钩码的方式。皿二钩码质量（注意钩码的规格和数量）M=小车自身质

5、量（200g）+钩码质量（注意钩码的规格和数量）现行人教版高中物理必修①教师教学用书中捉出：当M26m时，F^mgo无论理论还是实验都可证明，当M$6m时，系统误差约为15%,仍然较大。经过理论和实验验证：当取M210m即mW胆时，系统误差约为9%<10%,误差10在实验允许范围之内。因为摩擦力变化较大不能完全消除，加之滑轮本身具有转动惯量在加速转动中消耗能量，所以m取值不能太小。根据多次实验结果，当m0.02kg时实验效果最佳。此时F20.2N。1、加速度取值范围：当m^—时，a^—,即a^0.89m/s

6、2o1011当m20.02kg时，a^0.20m/s2o因此，不管M和m如何变化，总有0.20m/s2^a^0.89m/s2o2、不同纸带上记录的最长打点时间g：由于打点计吋器每隔0.02s打一个点，根据小车所走实际距离、钩码始末高度和纸带长度，取S=0.7mo由V2=2aS得0.52m/s

7、at2得两点间距△X=

8、a（t2

9、2-『）。再由1.25s

10、使得直接测量两点间距引起测量误差大为减小。故选用每5个自然点为1个计数点。5、每条纸带至少求出三个计数点的瞬时速度：Vi、v2>v3o6、由加速度定义式a二乞二匕二匕二冬二匕求加速度a,要求每条纸带至少求两次后△/0.10」取平均值方。五、基于简单、方便的原则探究加速度与力的关系只需三组数据而不采集五组数据，目的减少数据计算量；探究加速度与质量的关系只需三组数据而不采集五组数据，冃的减少数据计算量。六、实验方案1