2实验:探究加速度与力、质量的关系【实验目的】1.学会用控制变量法探究物理规律。2.探究加速度与力、质量的关系。3.学会用图象法分析处理实验数据的方法。【实验器材】打点计时器、纸带、复写纸、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘、重物、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平(带有一套砝码)、刻度尺。【实验原理】用控制变量法探究加速度与力、质量的关系:1.加速度与力的关系:保持物体的质量m不变,测量物体在不同力F的作用下的加速度a,分析a与F的关系。2.加速度与质量的关系:保持物体所受的力F不变,测量不同质量m的物体在恒力F作用下的加速度a,分析a与m的关系。【实验过程】一、实验步骤1.用天平测出小车、重物(含小盘)的质量分别为m0、M0,并把数值记录下来。2.按图将实验器材安装好(小车上不系绳)。3.平衡摩擦力。在长木板无定滑轮的一端下面垫一薄木板,反复移动其位置,直到打点计时器正常工作后不挂重物的小车在斜面上做匀速直线运动为止(纸带上相邻点间距相等)。4.将重物通过细绳系在小车上,接通电源放开小车,用纸带记录小车的运动情况;取下纸带并在纸带上标上号码及此时所挂重物的质量M0,计算出重物的重力M0g。5.保持小车的质量不变,改变所挂重物的质量,从而改变拉力,重复步骤4,多做几次实验,并记录好相应重物的质量,进而计算出重物的重力M1g、M2g…6.保持小车所受合外力不变,在小车上加放砝码,并测出小车与所放砝码的总质量m1,接通电源,放开小车,用纸带记录小车的运动情况,取下纸带并在纸带上标上号码。7.继续在小车上加放砝码,重复步骤6,多做几次实验,在每次得到的纸带上标上号码并测出每次实验小车与所放砝码的总质量m2、m3…8.在每条纸带上都选取一段比较理想的部分,标明计数点,测量计数点之间的距离,算出每条纸带上加速度的值。结合步骤5填写表一。表一:物体的质量一定,加速度与受力的关系结合步骤7填写表二。表二:物体受到的合外力一定,加速度与质量的关系实验序号二、数据处理1.计算法:测得加速度或加速度之比后,通过计算看看是否满足2.图象法:(1)物体的质量一定,分析加速度与力的关系。以a为纵坐标,以F为横坐标建立坐标系,根据各组数据在坐标系中描点,利用图象找规律,如图所示。如果a-F图线是一条过原点的直线,则可以得出结论:质量不变时,加速度与力成正比。(2)物体的受力一定,分析加速度与质量的关系。“a与m成反比”实际上就是“a与成正比”。以a为纵坐标,以为横坐标建立坐标系,如果a-图线是一条过原点的直线,则可得出结论:物体受力一定时,加速度与质量成反比。【实验探究】1.小车下滑过程受哪些力的作用?其合力等于砝码和盘的重力吗?提示:小车下滑过程中受到重力、绳的拉力、木板的支持力及摩擦力作用。在完全平衡摩擦力的前提下,小车受到的合力就等于绳的拉力。绳的拉力实际上小于砝码和盘的重力,只有满足砝码和盘的总质量远小于小车的质量时,才可认为绳的拉力近似等于砝码和盘的重力。2.小车运动过程中要受到木板给它的摩擦力,怎样平衡这个摩擦力?提示:将木板无定滑轮的一端稍微垫高一些,目的是用小车重力沿斜面向下的分力来平衡摩擦力。在木板无定滑轮的一端下面垫上一块薄木板,反复移动薄木板的位置,直到小车不挂重物时能在木板上匀速运动为止。3.在探究加速度与力、质量的关系的实验中平衡了摩擦力后,改变重物的质量,或者改变小车的质量,是否还需要重新平衡摩擦力?提示:平衡摩擦力是指小车所受的重力沿斜面的分力与小车所受摩擦阻力大小相等,即mgsinθ=μmgcosθ,等式两边m可消去,所以平衡摩擦力后,不管是改变重物的质量还是改变小车的质量,都不需重新平衡摩擦力。4.在分析F一定,a与m的关系时,为什么画a-图象而不画a与m的图象?提示:在实验中如果发现一个量x与另一个量y成反比,那么,x就应与成正比。据此,我们可以将反比函数的曲线转化为正比函数的直线。因为在处理数据时,判断一条直线是否为正比函数图象,比判断一条曲线是否为反比函数图象要简单得多。类型1实验原理及注意事项【典例1】(2019·聊城高一检测)在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中,采用如图所示的实验装置,小车及车中砝码的质量用M表示,盘及盘中砝码的质量用m表示,小车的加速度可由小车后拖动的纸带打上的点计算出。(1)图示是实验中用打点计时器得到的一条纸带,A、B、C、D、E为5个相邻的计数点,相邻的两个计数点之间还有四个点未画出。已知打点计时器的工作频率为50Hz,则小车的加速度a=________m/s2(结果保留三位有效数字)。(2)以下措施正确的是________(填入相应的字母)。A.平衡摩擦力时,应将重物用细绳通过定滑轮系在小车