《【堂堂清】2022-2023学年高一物理同步易混易错（人教版2019必修第一册）》4.2探究加速度与力、质量的关系（解析版）

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第四章 运动和力的关系
第二节 实验：探究加速度与力、质量的关系
[核心素养·明目标]
核心素养 学习目标
物理观念 理解实验思路的合理性，以及用图象处理实验数据的有效性。
科学思维
经历实验的操作和测量过程，以及通过图象处理实验数据的过程，体验如
何平衡摩擦阻力、减少系统误差的操作方法。
科学探究 体通过探究实验，培养实事求是、尊重客观规律的科学态度。
科学态度与责任 通过探究激发学生的求知欲和创新精神
知识点一　实验思路
1.实验装置
将小车置于水平木板上，通过滑轮与槽码相连。小车可以在槽码的牵引下运动。
2.实验思路
(1)加速度与力的关系
保持小车质量不变――→测得不同拉力下小车运动的加速度――→加速度与拉力的变化情况
――→二者之间的定量关系。
(2)加速度与质量的关系
保持小车所受的拉力不变――→测得不同质量的小车在这个拉力下运动的加速度――→加速度
与质量的变化情况――→二者之间的定量关系。
知识点二　物理量的测量
1．质量的测量：可以用天平测量。
2．加速度的测量
方法 1：由
x
＝
at
2计算出加速度
a
＝。
方法 2：将打点计时器的纸带连在小车上，根据纸带上打出的点来测量加速度。
方法 3：两个初速度为零的匀加速直线运动的物体，在相等时间内的位移之比就等于加速度之
比，即＝。
3．力的测量：小车所受的拉力替代合力，用悬挂物重力替代小车所受的拉力。(条件是槽码的质量
要比小车的质量小很多)
知识点三　实验步骤
1．安装实验器材：将小车置于带有定滑轮的木板上，将纸带穿过打点计时器后挂在小车尾部。
2．平衡摩擦力：用薄垫块将一端垫高，调整其倾斜程度，直到小车运动时打点计时器在纸带上打
出的点分布均匀为止。
3．悬挂重物：在细线一端挂上重物，另一端通过定滑轮系在小车前端。
4．收集纸带数据：将小车靠近打点计时器后开启打点计时器，并让小车由静止释放，打点计时器
在纸带上打出一系列点，据此计算出小车的加速度。
5．改变小车受力：
(1)保持小车的质量不变，通过增加槽码的数量，增加重物的质量(总质量仍远小于小车质量)。
接通电源后放开小车，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所挂槽码的
总重力
m
1
g
。
(2)重复步骤 4，多做几次实验，并记录好相应纸带的编号及所挂槽码的总重力
m
2
g
、
m
3
g
…
6．改变小车质量：
(1)保持重物(小车所受的拉力)不变，通过增加或减少小车上的砝码的方式，改变小车的质量，
接通电源后放开小车，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小车和砝码
的总质量
M
1。
(2)继续在小车上增加砝码，重复步骤 6，多做几次实验，在每次实验得到的纸带上标上号码及
小车和砝码的总质量
M
2、
M
3…
7．求加速度：用公式 Δ
x
＝
aT
2，求得小车的加速度
a
，将得到的数据填入相应表格中，以便进行数
据处理。
知识点四　数据收集与分析
1.列
F
、
a
数据收集表：
把小车在不同力作用下产生的加速度填在表中：
物理量 123456
作用力(槽码的重力)
加速度
a
2.作
a
－
F
图像的方法：以
a
为纵坐标，
F
为横坐标，根据数据作
a
－
F
图像，用曲线拟合测量点，
找出规律，分析
a
与
F
的关系。
3.列
M
、
a
收集数据
把不同质量的小车(小车和砝码)在相同力的作用下产生的加速度填在表中：
物理量 1 2 3 4 5 6
小车和砝码质量
M
加速度
a
4.作
a
－图像的方法：分别以
a
为纵坐标、
M
和为横坐标，根据数据作
a
－
M
图像和
a
－图像，分析
a
与
M
的关系。
5.实验结论：
(1)对同一物体，当
M
不变时，物体的加速度
a
与所受力
F
成正比。
(2)对不同物体，当
F
不变时，物体的加速度
a
与质量
M
成反比。
知识点五　实验注意事项
1．平衡摩擦力时不要挂重物，整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变槽码的个数，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槽码的总质量。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．各纸带的加速度
a
，都应是该纸带上的平均加速度。
4．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。
5．释放时小车应靠近打点计时器，且先接通电源再放开小车。
典型例题
例1.用如图所示的装置研究在作用力 F一定时，小车的加速度 a与小车质量 M的关系，某位同学
设计的实验步骤如下：
A．用天平称出小车和小桶及内部所装沙子的质量；
B．按图装好实验器材；
C．把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂沙桶；
D．将电磁打点计时器接在电压为8 V 的蓄电池上，接通电源，放开小车，打点计时器在纸带
上打下一系列点，并在纸带上标明小车质量；
E．保持小桶及其中沙子的质量不变，增加小车上的砝码个数，并记录每次增加后的 M值，重
复上述实验；
F．分析每条纸带，测量并计算出加速度的值；
G．作 a－M关系图像，并由图像确定a－M关系。
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