学生实验课堂实录【3】

§4.2实验：探究加速度与力、质量的关系

一、实验目的

1．学会用控制变量法研究物理规律．

2．探究加速度与力、质量的关系．

3．掌握利用图象处理数据的方法．

二、实验原理

采用控制变量法：

1．保持物体质量m不变，探究加速度a与力F的关系．

2．保持物体所受的力F不变，探究加速度a与质量m的关系．

三、实验器材

一端附有定滑轮的长木板；小车；带小钩的细绳；沙子和小桶；打点计时器；纸带及复写纸片；刻度尺；低压交流电源、导线；砝码；天平(带有一套砝码) 四、实验步骤

1．用天平测出小车和小桶的质量M和m桶，把数值记录下来．

2．按图4－2－1所示把实验器材安装好，只是不把悬挂小桶的细绳系在小车上(即不给小车加牵引力)．

图4－2－1

3．平衡摩擦力．

4．把细绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂小桶，先接通电源，再放开小车，取下纸带，在打点纸带上标上纸带号码．

5．保持小车的质量不变，在小桶内放入质量为m′的沙，重复步骤4，在小桶内放入质量为m＇＇、m＇＇＇、……的沙，再重复4，m′、m＇＇、……的数值都要记录在纸带上(或表格内)．

6．在每条纸带上都选取一段比较理想的部分，按“测定匀变速直线运动的加速度”实验中的方法算出每条纸带的加速度a. 7．用纵坐标表示加速度，横坐标表示力，根据实验结果在坐标平面上画出相应的点．若a1F1这些点在一条直线上，便证明了加速度与作用力成正比，即＝或a∝F. a2F28．保持沙和小桶的质量不变，在小车上依次加砝码(也需做好记录)，重复上述步骤4和步骤6.用纵坐标表示加速度，横坐标表示小车及砝码总质量的倒数，在坐标平面上根据实验结果a1m21画出相应的点．如果这些点是在一条直线上，就证明加速度与质量成反比，即＝或a∝. a2m1m五、注意事项

1．平衡摩擦力时不要挂重物，整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变盘和砝码的质量还是改变小车及砝码的质量，都不需要重新平衡摩擦力．

2．实验中必须满足小车和砝码的总质量远大于小盘和砝码的总质量．只有如此，砝码和小盘的总重力才可视为与小车受到的拉力相等．

3．作图象时，要使尽可能多的点在所作直线上，不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线两侧．离直线较远的点是错误数据，可舍去不予考虑．

4．小车应靠近打点计时器且先接通电源再放手.

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例1 在利用打点计时器探究加速度与力、质量的关系的实验中，以下做法正确的是(

) A．平衡摩擦力时，应将重物用细绳通过定滑轮系在小车上

B．每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力

C．实验时，先放开小车，后接通电源

D．“重物的质量远小于小车的质量”这一条件如不满足，对探究过程也不会产生影响

例2 某同学设计了一个探究加速度a与物体所受合力F及质量m关系的实验，如图4－2－2所示，图甲为实验装置简图(交流电的频率为50 Hz)．

图4－2－2 (1)图乙为某次实验得到的纸带，根据纸带可求出小车的加速度大小为_____

___m/s2(保留两位有效数字)．

1(2)保持砂和砂桶质量不变，改变小车质量m，分别得到小车加速度a与质量m及对应的，m数据如下表：

实验次数

1 2 3 4 5 6 7 8 小车加速度

1.90 1.72 1.49 1.25 1.00 0.75 0.50 0.30 －a/(m·s2) 小车质量

0.25 0.29 0.33 0.40 0.50 0.71 1.00 1.67 m/kg

1－14.00 3.45 3.03 2.50 2.00 1.41 1.00 0.60 /kg

m1请在如图所示的方格坐标纸中画出a－图m1线，并依据图线求出小车加速度a与质量倒数之m间的关系式是________．

(3)保持小车质量不变，改变砂和砂桶质量，该同学根据实验数据作出了加速度a随合力F的变化图线，如图所示．该图线不通过原点，请你分析其主要原因是______________________________________________________________．

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例3 某实验小组的几名同学在探究加速度与物体的质量以及外力关系的实验中，当物体的质量一定时，分别根据实验数据画出了不同的实验图象，如图4－2－3所示，下列说法中分析正确的是(

) 图4－2－3 A．形成图甲的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大

B．形成图乙的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小

C．形成图丙的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大

D．形成图丁的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小

4.2实验练习题

1.在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，关于平衡摩擦力的说法中正确的是(

) A．“平衡摩擦力”的本质就是想法让小车受到的摩擦力为零

B．“平衡摩擦力”的本质就是使小车所受的重力在沿斜面方向的分力与所受到的摩擦阻力相平衡

C．“平衡摩擦力”的目的就是要使小车所受的合力等于所挂砝码通过细绳对小车施加的拉力

D．“平衡摩擦力”是否成功，可由小车拖动后由打点计时器打出的纸带上的点迹间距是否均匀而确定

2 在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，下列说法中正确的是(

) A．平衡摩擦力时，托盘应用细线通过定滑轮系在小车上，但托盘内不能装砝码

B．实验中无需始终保持小车和砝码的总质量远远大于托盘和砝码的质量

C．实验中如用纵坐标表示加速度，用横坐标表示小车和车内砝码的总质量，描出相应的点在一条直线上时，即可证明加速度与质量成反比

D．平衡摩擦力时，小车后面的纸带必须连好，因为运动过程中纸带也要受阻力

3.在“探究牛顿第二定律”的实验中，为了探究滑块质量m0不变时，加速度与外力F的定量关系，砝码质量m和滑块质量m0分别选取下列四组值：

A．m0＝500 g，m分别为50 g,

70 g,

100 g,

125 g

B．m0＝500 g，m分别为20 g,

30 g,

40 g,

50 g

C．m0＝200 g，m分别为50 g,

75 g,

100 g,

125 g

D．m0＝200 g，m分别为30 g,

40 g,

50 g,

60 g

若其他操作都正确，那么在选用___

_____组值测量时所画出的a－F图线较准确．

4．如图4－2－4所示，在研究牛顿第二定律的演示实验中，若1、2两个相同的小车所受拉力分别为F1、F2，车中所放砝码的质量分别为m1、m2，打开夹子后经过相同的时间两车的位移分别为x1、x2，则在实验误差允许的范围内，有(

) A．当m1＝m2、F1＝2F2时，x1＝2x2

B．当m1＝m2、F1＝2F2时，x2＝2x1

C．当F1＝F2、m1＝2m2时，x1＝2x2

D．当F1＝F2、m1＝2m2时，x2＝2x1

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5．在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，关于小车所受的合力，下列叙述中正确的是(

) A．小车所受合力就是所挂吊盘和砝码的重力

B．小车所受合力的大小等于吊盘和砝码通过细绳对小车所施加的拉力

C．只有平衡摩擦力后，小车所受合力才等于细绳对小车的拉力

D．只有平衡摩擦力后，且小车的质量M远大于吊盘与砝码的总质量时，小车所受合力可以认为等于吊盘和砝码的重力

6．经过对加速度与物体的质量和合外力的关系的探究学习，已经知道物体的加速度a与物体1受的力F及物体的质量m满足的关系式a∝F，a∝.如果在光滑的水平面上有一质量为m的m物体受到水平力F作用，从静止开始在t时间内移动了x距离，今要使距离变为4x可采用以下哪一种方法(

) A．将水平恒力增为4F

B．将物体质量减为原来的一半

C．将作用时间增为2t

D．将作用时间增为4t

7. 用如图4－2－1所示的装置研究在作用力F一定时，小车的加速度a与小车质量m的关系，某位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砂子的质量；

B．按图装好实验器材；

C．把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂砂桶；

D．将电磁打点计时器接在6 V电压的蓄电池上，接通电源，放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，并在纸带上标明小车质量；

E．保持小桶及其中砂子的质量不变，增加小车上的砝码个数，并记录每次增加后的m值，重复上述实验；

F．分析每条纸带，测量并计算出加速度的值；

G．作a－m关系图象，并由图象确定a－m关系．

(1)该同学漏掉的重要实验步骤是________，该步骤应排在________步实验之后．

(2)在上述步骤中，有错误的是________，应把________改为________．

(3)在上述步骤中，处理不恰当的是________，应把________改为________．

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