4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系 -2022-2023学年高一物理精讲精练（2019人教版必修第一册）（解析版）

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4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系

考点精讲

考点 1：实验原理与操作（注意事项）

一、实验目的

1．探究加速度与力、质量的关系

2．学会用控制变量法探究物理规律

3．掌握利用图象处理数据的方法

二、实验原理

1．控制变量法：

（1）控制小车质量不变，研究小车的加速度 a与受力 F的关系；

（2）控制小车受力 F不变，研究小车的加速度 a与其质量 m的关系．

2．需要测量的量：

（1）小车与砝码总质量 M　（2）小车所受拉力 F＝mg　（3）小车的加速度 a

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，并记录好重物的重力 m1g、m2g…，以及计算出相应纸带的加速度填入表格 1.

表格 1　物体的质量一定，加速度与受力的关系

实验次数加速度 a/(m·s－2)小车受力 F/N

6．保持托盘中所放重物的质量不变，在小车上加放砝码，并测出小车与所放砝码的总质量 M，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．

8．计算出每次实验所得纸带的加速度值及小车与砝码的总质量填入表格 2.

表格 2　物体受到的外力一定，加速度与质量的关系

实验次数加速度 a/(m·s－2)

小车与砝码

总质量 M/kg

小车与砝码总质量

的倒数/kg－1

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．各纸带上的加速度 a，都应是该纸带上的平均加速度．

4．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．

5．小车应靠近打点计时器且先接通电源再放手．

【例 1】某实验小组利用图示的装置探究加速度与力、质量的关系．

（1）下列做法正确的是 ________ (选填字母代号)．

A．调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行

B．在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上

C．实验时，先放开木块再接通打点计时器的电源

D．通过增减木块上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度

（2）为使砝码桶及桶内砝码的总重力在数值上近似等于木块运动时受到的拉力，应满足的条件是砝

码桶及桶内砝码的总质量________木块和木块上砝码的总质量．(选填“远大于”“远小于”或“近似等

于”)

（3）甲、乙两同学在同一实验室，各取一套图示的装置放在水平桌面上，木块上均不放砝码，在没

有平衡摩擦力的情况下，研究加速度 a与拉力 F的关系，分别得到图中甲、乙两条直线．设甲、乙用的木

块质量分别为 m甲、m乙，甲、乙用的木块与木板间的动摩擦因数分别为 μ甲、μ乙，由图可知，m甲 ______

__ m乙，μ甲 ________ μ乙．(选填“大于”“小于”或“等于”)

【解析】　(1)实验中细绳要保持与长木板平行，A项正确；平衡摩擦力时不能将装有砝码的砝码桶通

过定滑轮拴在木块上，这样无法平衡摩擦力，B项错误；实验时应先接通电源再放开木块，C项错误；平

衡摩擦力后，改变木块上的砝码的质量后不再需要重新平衡摩擦力，D项正确．

(2)由整体法和隔离法得到细绳中的拉力 F＝Ma＝M＝mg，可见，当砝码桶和桶内砝码的总质量 m远

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