2 实验：探究加速度与力、质量的关系
思考几个问题
1.探究实验中提到的力，其内涵是什么？
2.如果一个静止的物体受到不为零的合外力会怎样运动？
3.物体运动状态的改变是什么原因？质量对物体的运动状态的改变有影响吗？
4.加速度与哪些因素有关？
我们身边的运动状态变化:
1.对同一辆车，启动时从不同档启动快慢为什么不一样？
2.动力车正常行驶比小汽车要快，但启动过程为什么比小汽车慢得多呢？
3.在书本上撒一些碎纸片，先轻轻吹，再用力吹，观察到什么现象？
4.在书本上撒一些碎纸片和一些小石子，用力吹，观察到什么现象？
探究方案一：
实验装置图
【实验器材】
小车、打点计时器、纸带、一端带滑轮的长木板、细线、砝码（钩码）、小盘、刻度尺、天平
1.小车质量的测量用 .
2.打点计时器的用途是：
打出纸带，测量计算小车的加速度.
天平
【实验提醒】
3.绳拉小车的力是不是小车受到的合外力？
将木板的一端稍作垫高，使小车匀速下滑，此时小车的合外力多大?
4.绳子的拉力等于砝码的重量吗？为什么？
不等于！因为砝码向下加速，所以绳子的拉力小于砝码的重力.
5.什么情况下砝码重力可以近似等于绳子拉力即小车所受的合外力？
当砝码质量比小车质量小得多时，绳子的拉力近似等于砝码的重力，即小车受到的合外力近似等于砝码的重力.
6.如何来平衡摩擦力？
我们将长木板倾斜一定角度θ，θ应该等于
此时物体在斜面上受到的合外力为0。做实验时肯定无法
这么准确，我们只要把木板倾斜到物体在斜面上大致能够
匀速下滑（可以根据纸带上的点来判断）时即可.
【处理数据.探索结论】
1.用天平测出小车和砝码的总质量M,小盘和砝码的总质量m,把数值记录下来.
2.按如图所示把实验器材安装好,只是不把悬挂小盘的细绳系在车上,即不给小车施加牵引力.
3.平衡摩擦力:在长木板不带定滑轮的一端下面垫一块木板.反复移动木板的位置,直至小车在斜面上运动时可以保持匀速直线运动状态.这时,小车拖着纸带运动时受到的摩擦阻力恰好与小车所受的重力在斜面方向上的分力平衡.
4.把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂小盘,先接通电源再放开小车,打点计时器在纸带上打下一系列的点,打完点后切断电源,取下纸带,在纸带上标上纸带号码。
5.保持小车和砝码的质量不变,在小盘里放入适量的砝码,把小盘和砝码的总质量m′记录下来,重复步骤4.在小盘内再放入适量砝码,记录下小盘和砝码的总质量m″,再重复步骤4.
6.重复步骤5两次,得到三条纸带.
7.在每条纸带上都选取一段比较理想的部分,标明计数点,测量计数点间的距离,算出每条纸带上的加速度的值.
8.用纵坐标表示加速度a,横坐标表示作用力F,作用力的大小F等于小盘和砝码的总重力,根据实验结果在坐标平面上画出相应的点,如果这些点是在一条过原点的直线上,便证明了加速度与作用力成正比.
9.保持小盘和砝码的质量不变,在小车上加砝码,重复上面的实验,用纵坐标表示加速度a,横坐标表示小车和砝码总质量的倒数,根据实验结果在坐标平面上画出相应的点.如果这些点是在一条过原点的直线上,就证明了加速度与质量成反比.
【注意事项】
1.一定要做好平衡摩擦力的工作,也就是调出一个合适的斜面,使小车的重力沿着斜面方向的分力正好平衡小车受到的摩擦阻力.在平衡摩擦力时,不要把悬挂小盘的细线系在小车上,即不要给小车加任何牵引力,并要让小车拖着打点的纸带运动.
2.实验步骤2、3不需要重复,即整个实验平衡了摩擦力后,不管以后是改变小盘和砝码的总质量还是改变小车和砝码的总质量,都不需要重新平衡摩擦力.
3.每条纸带必须在满足小车与车上所加砝码的总质量远大于小盘和砝码的总质量的条件下打出.只有如此,小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力.
4.改变拉力和小车质量后,每次开始时小车应尽量靠近打点计时器,并应先接通电源,再放开小车,且应在小车到达滑轮前按住小车.
5.作图象时,要使尽可能多的点分布在所作直线上,直线外的点应尽可能对称分布在所作直线两侧.
6.作图时两轴标度比例要选择适当,各量须采用国际单位.这样作图线时,坐标点间距不至于过密,误差会小些.
1.加速度与合外力的关系
实验基本思路：保持物体的质量
不变，测量物体在不同的合力作
用下物体的加速度，分析加速度
与合外力的关系。
采用控制变量法验证牛顿第二定律
实验数据的记录处理：
2.加速度与质量的关系
实验的基本思路：保持物体所受的合外力相同，测量不同质量的物体在该力的作用下的加速度，分析加速度与质量的关系。
实验数据记录处理
实验方案二：
实验器材：小车、一端带滑轮的长木板、粗线、砝码、小盘、天平、刻度尺、宽口夹子。
实验原理:
在实验中，我们可以根据两个小车的运动时间相同，结合
运动学公式, 得到加速度的比值等于运动位移
的比值，在实验中我们就可以不必求出加速度而是直接求
位移的比就可以表示加速度的比值关系，从而使实验数据
的处理变得简单、直观。
实验数据处理
1.加速度与力的关系（保持小车质量不变）
2.加速度与质量的关系（保持拉力不变）
探究实验结论：
物体的加速度和物体所受到的合外力有什么关系？和自身的质量有什么关系？
例题1.如果 图象是通过原点的一条直线，则说明（ ）
A．物体的加速度a与质量m成正比
B．物体的加速度a与质量m成反比
C．物体的质量m与加速度a成正比
D．物体的质量m与加速度a成反比
B
例题2.物理小组在一次探究活动中测量滑块与木板之间的动摩擦因数.实验装置如图所示,一表面粗糙的木板固定在水平桌面上,一端装有定滑轮;木板上有一滑块,其一端与电磁打点计时器的纸带相连,另一端通过跨过定滑轮的细线与托盘连接.打点计时器使用的交流电源的频率为50 Hz.开始实验时,在托盘中放入适量砝码,滑块开始做匀加速运动,在纸带上打出一系列小点.
(1)下图给出的是实验中获取的一条纸带的一部分,0.1.2.3.4.5.6.7是计数点,每相邻两计数点间还有4个打点(图中未标出),计数点间的距离如图所示.根据图中数据计算的加速度a=________.(保留三位有效数字).
(2)回答下列两个问题:
①为测量动摩擦因数,下列物理量中还应测量的有_____.(填入所选物理量前的字母)
A.木板的长度L B.木板的质量m1 C.滑块的质量m2
D.托盘和砝码的总质量m3 E.滑块运动的时间t
②测量①中所选定的物理量时需要的实验器材是_____.
(3)滑块与木板间的动摩擦因数μ=_____(用被测物理量的字母表示,重力加速度为g).与真实值相比,测量的动摩擦因数_____(填“偏大”或“偏小”).写出支持你的看法的一个论据:_____.
解析:(1)a= 0.497 m/s2
(2)①要测动摩擦因数,就要测出滑块受的拉力和滑块质量;②测质量就需要天平.
(3)根据牛顿第二定律m3g-μm2g=(m2+m3)a
得μ=
这样测出的动摩擦因数比真实值偏大,因为纸带和打点计时器间还有摩擦,计算时忽略掉,导致结果偏大.
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
所挂砝码通过细绳和滑轮对小车施加的拉力
D.“平衡摩擦力”是否成功，可根据小车拖动的由打点
计时器打出的纸带上的点迹间距是否均匀来确定
BCD
2.在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中备有下列器材：
A.打点计时器;B.天平;C.秒表;D.低压交流电源;E.电池;F.纸带;G.细绳、砝码、小车、小盘；H.薄木板;I.装有细砂的小桶
其中多余的器材是______________________________；
缺少的器材是__________________________________.
【解析】多余的器材是秒表、电池；缺少的是刻度尺、一端带滑轮的长木板.
答案：C、E 刻度尺、一端带滑轮的长木板
3. (2012·宜宾高一检测)在做“探究加速度与力、质量的关系”的实验时，计算出各纸带的加速度后，将测得的反映加速度a和力F关系的有关资料记录在表一中.将测得的反映加速度a和质量M关系的有关资料记录在表二中.
表一
(1)根据表中所列数据，分别画出a-F图象和a- 图象.
(2)由图象可以判定：当M一定时，a与F的关系为_____
______；当F一定时，a与M的关系为_____________.
表二
【解析】本题主要考查本实验的数据处理问题以及结合
图表综合分析问题的能力.
（1）分别画出a-F与a- 的坐标，按表中数据进行描
点，作一直线，使直线经过大多数点即可得到图象，如
图甲、乙所示.
（2）由于图线为直线，所以a与F成正比，a与M成反比.
答案：（1）见解析图 (2)正比关系 反比关系
4.在“探究加速度与力、质量关系”的实验中
(1)某小组得到一条打点的纸带,相邻计数点间的时间间隔为T,且间距x1、x2、x3、x4、x5、x6已量出,如图所示,计算D点的瞬时速度的表达式,加速度的表达式.
(2)另一小组在该实验中得到了如下一组实验数据
①请在右图所示的坐标系中画出a—F图线.
②从图中可以发现实验操作中存在的
问题可能是( )
A.实验中没有平衡摩擦力
B.实验中平衡摩擦力时木板倾角过小
C.实验中平衡摩擦力时木板倾角过大
D.实验中小车质量发生变化
AB
知识总结：
方法总结：
物体的加速度由所受到的合外力和自身的质量决定。
控制变量法。