第四章運動和力的關(guān)系實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系21難點重難點學(xué)習(xí)用控制變量法探究物理規(guī)律明確實驗原理，能通過實驗數(shù)據(jù)及圖像得出加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系力是改變物體運動狀態(tài)的原因F合=0運動狀態(tài)不變速度不變a=0F合≠0運動狀態(tài)改變速度改變a≠0力是使物體產(chǎn)生加速度的原因一切物體都具有慣性質(zhì)量是慣性大小的唯一量度F合相同，質(zhì)量小的速度變化快質(zhì)量相同，F(xiàn)合大的速度變化快加速度是表示速度變化快慢的物理量加速度與力和質(zhì)量必定存在著某種聯(lián)系。一、實驗裝置小車、砝碼、槽碼、細(xì)線、一端附有定滑輪的長木板、墊木、打點計時器、

、紙帶、

、

。交流電源刻度尺天平二、實驗原理與設(shè)計1.實驗思路——控制變量法(1)探究加速度與力的關(guān)系保持小車

不變，通過改變

改變小車所受的拉力，測得不同拉力下小車運動的加速度，分析加速度與

的定量關(guān)系。(2)探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系保持小車所受的

不變，通過在小車上

改變小車的質(zhì)量，測得不同質(zhì)量的小車對應(yīng)的加速度，分析加速度與

的定量關(guān)系。質(zhì)量槽碼的個數(shù)拉力拉力增加重物質(zhì)量2.物理量的測量(1)質(zhì)量的測量：用

測量。在小車中

可改變小車的質(zhì)量。天平增減砝碼的數(shù)量

刻度尺

位移

(3)力的測量在阻力得到平衡的情況下，小車受到的

等于小車所受的合力。①在槽碼的質(zhì)量比小車的質(zhì)量

時，可認(rèn)為小車所受的拉力近似等于

。②使用力傳感器可以直接測量拉力的大小，不需要使槽碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量。拉力小得多槽碼的重力三、實驗步驟1.用

測出小車的質(zhì)量m，并把數(shù)值記錄下來。2.按如圖所示的裝置把實驗器材安裝好(小車上先不系細(xì)線)。天平3.平衡阻力：在長木板不帶定滑輪的一端下面墊上墊木，反復(fù)移動墊木位置，啟動打點計時器，直到輕推小車使小車在木板上運動時可保持___________運動為止(紙帶上相鄰點間距相等)，此時小車重力沿木板方向的分力等于打點計時器對小車的阻力和長木板的摩擦阻力及其他阻力之和。勻速直線4.把細(xì)線繞過定滑輪系在小車上，另一端掛上槽碼。保持小車質(zhì)量不變，改變槽碼的個數(shù)，以改變小車所受的拉力。處理紙帶，測出加速度，將結(jié)果填入表1中。表1小車質(zhì)量一定拉力F/N加速度a/(m·s-2)

0.10.20.3

0.40.50.60.31

0.861.281.511.852.275.保持槽碼個數(shù)不變，即保持小車所受的拉力不變，在小車上增減砝碼，重復(fù)上面的實驗，求出相應(yīng)的加速度，把數(shù)據(jù)記錄在表2中。質(zhì)量m/kg加速度a/(m·s-2)表2小車所受的拉力一定184.8204.8224.8244.8264.8284.80.860.750.680.620.550.53四、數(shù)據(jù)處理1.m一定時，分析加速度a與拉力F的定量關(guān)系由表1中記錄的數(shù)據(jù)，以加速度a為縱坐標(biāo)，以拉力F為橫坐標(biāo)，根據(jù)測量數(shù)據(jù)描點，然后作出a-F圖像，如圖所示，若圖像是一條_____________________，就能說明a與F成正比。過原點的傾斜直線拉力F/N

0.10.20.3

0.40.50.6加速度a/(m·s-2)0.31

0.861.281.511.852.27

正比過原點的傾斜直線反比質(zhì)量m/kg184.8204.8224.8244.8264.8284.8加速度a/(m·s-2)0.860.750.680.620.550.533.實驗結(jié)論(1)保持物體質(zhì)量不變時，物體的加速度a與所受拉力F成

。(2)保持拉力F不變時，物體的加速度a與質(zhì)量m成

。正比反比五、誤差分析1.系統(tǒng)誤差：本實驗中用槽碼的重力代替小車受到的拉力(實際上小車受到的拉力要

槽碼的重力)2.偶然誤差(1)質(zhì)量的測量(2)打點間隔、距離的測量(3)傾斜角度不當(dāng)，平衡阻力不足或過度小于六、注意事項1.平衡阻力：在平衡阻力時，

(填“需要”或“不要”)把懸掛槽碼的細(xì)線系在小車上，即不要給小車施加任何牽引力，并要讓小車___________運動。2.質(zhì)量關(guān)系：每條紙帶必須在滿足小車與車上所加砝碼的總質(zhì)量_______槽碼的質(zhì)量的條件下打出。只有如此，小車受到的拉力才可視為等于槽碼的重力。不要拖著紙帶遠(yuǎn)大于3.打點計時器的位置：改變拉力或小車質(zhì)量后，每次開始時小車應(yīng)盡量

打點計時器，并應(yīng)先

，再

，且應(yīng)在小車到達(dá)定滑輪前

小車。4.作圖規(guī)則：作圖像時，要使盡可能多的點落在所作直線上，不在直線上的點應(yīng)盡可能均勻分布在直線兩側(cè)，離直線較遠(yuǎn)的點

?？拷鼏与娫捶砰_小車按住舍去不予考慮1.(2024·茂名市高一期末)在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗中，某同學(xué)設(shè)計了如圖甲所示的實驗裝置，已知實驗使用的電源頻率為50Hz。(1)若該同學(xué)要探究加速度a和拉力F的關(guān)系，應(yīng)該保持

不變。

小車質(zhì)量(2)實驗時，以下操作順序正確的是

，(填正確答案標(biāo)號)。

A.先釋放小車，再接通打點計時器的電源B.先接通打點計時器的電源，再釋放小車B(3)如圖乙所示，該同學(xué)在某次實驗得到的紙帶上選定A、B、C、D、E五個計數(shù)點(相鄰兩個計數(shù)點間有四個點未畫出)，并測出每兩個相鄰計數(shù)點間的距離，根據(jù)紙帶可求出打D點時小車的速度為

m/s；小車的加速度大小為

m/s2(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)。

0.750.51(4)該同學(xué)利用實驗數(shù)據(jù)作出了如圖丙所示的a-F圖像，請分析圖像不過原點的原因是_____________________________________。

平衡阻力時長木板傾角過小或未平衡阻力

D(2)實驗時，某同學(xué)由于疏忽，如果遺漏了平衡阻力這一步驟，他測量得到的a-F圖像，可能是乙圖中的

圖線；另一同學(xué)如果平衡阻力過度，他測量得到的a-F圖像，可能是乙圖中

圖線(均選填“①”“②”或“③”)。

③①(3)如圖丙所示為某次實驗得到的紙帶，紙帶中相鄰計數(shù)點間的距離已標(biāo)出，相鄰計數(shù)點間還有四個點沒有畫出，由此可求得小車的加速度的大小為a=

m/s2(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。

0.493.在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗中，某小組設(shè)計了如圖所示的實驗裝置。圖中上、下兩層水平軌道表面光滑，兩小車前端系上細(xì)線，細(xì)線跨過滑輪并掛上砝碼盤，兩小車尾部細(xì)線連到控制裝置上，實驗時通過控制裝置使兩小車同時開始運動，然后同時停止。(1)在安裝實驗裝置時，應(yīng)調(diào)整滑輪的高度，使

；在實驗時，為減小系統(tǒng)誤差，應(yīng)使砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量

(選填“遠(yuǎn)大于”“遠(yuǎn)小于”或“等于”)小車的質(zhì)量。

細(xì)線與軌道平行(或水平)遠(yuǎn)小于(2)本實驗通過比較兩小車的位移來比較小車加速度的大小，能這樣比較，是因為_________________________________________________________。

兩小車從靜止開始做勻加速直線運動，且兩小車的運動時間相等4.某實驗小組利用如圖所示的裝置探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系，將連接滑塊的細(xì)繩、力傳感器和動滑輪之前的細(xì)繩、定滑輪和動滑輪之間的細(xì)繩均調(diào)為水平，通過調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌下的螺母使氣墊導(dǎo)軌水平，打開氣源，將滑塊由靜止釋放，用刻度尺量出兩光電門之間的距離x和滑塊的寬度d，并記錄滑塊經(jīng)過光電門1的遮光時間t1和經(jīng)過光電門2的遮光時間t2。根據(jù)以上的操作回答下列問題：(1)本實驗中砝碼的質(zhì)量

(選填“需要”或“不需要”)遠(yuǎn)小于滑塊的質(zhì)量。

不需要(2)在探究加速度與合外力的關(guān)系時，通過運動學(xué)公式計算出滑塊的加速度a=

(用已知字母表示)。

(3)保持滑塊質(zhì)量不變，改變砝碼質(zhì)量，依次記錄力傳感器的示數(shù)并求出滑塊所對應(yīng)的加速度，可知在誤差允許的范圍內(nèi)，加速度與所受合外力成正比。控制變量法在m一定時，驗證a與F的關(guān)系在F一定時，驗證a與m的關(guān)系實驗器材實驗原理與設(shè)計實驗步驟數(shù)據(jù)分析實驗結(jié)論測m、F、a平衡摩擦力m一定，改變FF一定，改變m砝碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量

在m一定時，a與F成正比在F一定時，a與m成反比誤差分析、注意事項實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系(1)若該同學(xué)要探究加速度a和拉力F的關(guān)系，應(yīng)該保持小車質(zhì)量不變。(2)實驗時，應(yīng)先接通打點計時器的電源，再釋放小車。故選B。

(4)由圖像可知，當(dāng)拉力F達(dá)到某一值時，小車才產(chǎn)生加速度，說明平衡阻力時長木板傾角過小或未平衡阻力。