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1、4.2实验：探究加速度与力、质量的关系一、实验目的(1)学会用控制变量法探究物理规律。(2)探究加速度与力、质量的关系二、实验原理控制变量法：在探究加速度与力、质量三者关系时，先让其中一个量保持不变来探究其他两个量之间的关系。(1)探究加速度与力的关系的基本思路：保持物体的质量不变，测量物体在不同力的作用下的加速度，分析加速度与力的关系。(2)探究加速度与质量的关系的基本思路：保持物体所受的力不变，测量不同质量的物体在该力作用下的加速度，分析加速度与质量的关系。(3)实验方案：这个实验中需要测量的物理量有三个：物体的加速度、物体所受的力、物体的质量。质量用天平测量，因此本实验要解决的主要问题是
2、怎样测量加速度和物体所受的力。怎样测量(或比较)物体的加速度：在运动物体上安装一条穿过打点计时器的纸带，根据纸带上打出的点来测量加速度。在这个实验中也可以测加速度与其他量之间的比例关系。测量不同情况下(即不同受力、不同质量时)物体加速度的比值就可以了。由于初速度为零时，a，如果测出这两个初速度为零的匀加速直线运动在相同时间内发生的位移x1、x2，位移之比就等于加速度之比，即。怎样提供和测量物体所受的恒力：设计的实验装置如图所示。当挂上重物时，只要重物的质量远小于小车的质量，那么我们可近似认为托盘和砝码所受的重力大小等于小车所受的合力的大小。增减盘中砝码的个数可改变小车所受到的合力。 平衡摩擦力
3、：如上图所示，纸带穿过打点计时器。为了消除摩擦力对小车的影响，可将木板无滑轮的一端稍微垫高一些，用小车的重力的分力来抵消它所受到的摩擦力，直到小车不挂重物时能在木板上匀速运动为止。怎样由实验结果得出结论：根据实验数据以a为纵坐标、F为横坐标，和以a为纵坐标、为横坐标作出图像。如果图像是过原点的直线，则说明加速度与力成正比与质量成反比。三、实验器材 打点计时器、纸带、复写纸片、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘、砝码、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平(带有一套砝码)、刻度尺。四、实验步骤(1)用天平测出小车和重物的质量分别为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
4、绳)。(3)平衡摩擦力，把木板无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重力m0g。(5)保持小车的质量不变，改变所挂重物的重力，重复步骤(4)，多做几次实验，每次小车从同一位置释放，并记录好相应纸带及重物的重力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)
5、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。五、数据处理(1)在每条纸带上选取一段比较理想的部分，计算出加速度a。(2)当小车质量M不变时，将每次测出的小车受到的合外力F和相应的加速度a的值填入下表。表1：M不变，加速度a与受力的关系实验次数n小车受力F/N加速度a/(ms2)12345(3)当小车所受合外力不变时，将每次测量的小车质量M和加速度a的值填入下表。表2：F不变，加速度与质量的关系实验次数n小车质量M/kg加速度a/(ms2)12345(4)利用以上两表中的数据，分别在如图 (a)、(b)、(c)所示的坐标系中作出M不变时的aF图像和F不变时的a
6、M图像、a图像。(5)分析(a)、(b)、(c)三个图像，得出结论。六、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。(3)每次释放小车时，小车应靠近打点计时器并且先接通电源再放小车，当小车靠近滑轮时用手按住小车。(4)各纸带上的加速度a，都应是该纸带上的平均加速度。(5)作图像时，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。七、误差分析(1)在实验中，我们认为钩码的重力就等于小车所受的合力。但这是有误差的，只有在小车质量比较大，钩码重力比较小，且长木板合理倾斜的情况下，实验结果才比较理想。(2)质量测量、长度测量中也存在偶然误差，可通过多次测量取平均值的方法来减小误差。(3)平衡摩擦力不准而造成误差。(4)描点作图时存在误差。
