《【新教材】人教版（2019）高中物理必修第一册》4.2实验：探究加速度与力、质量的关系 讲义

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第四章运动和力的关系
第2节实验：探究加速度与力、质量的关系
【素养目标】
1．学会用控制变量法研究物理规律．
2．探究加速度与力、质量的关系．
3．掌握利用图象处理数据的方法．
【必备知识】
知识点一、实验思路
1. 保持小车的质量 M不变，探究加速度 a与力 F的关系
2. 保持小车所受的拉力 F不变，探究加速度 a与小车质量 M的关系
3. 所用的实验方法是控制变量法
知识点二、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，在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
1
2
3
1
4
5
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
1
2
3
4
5
知识点三、数据分析
1.纸带数据分析：对纸带选取计数点、测量，利用“逐差法”求加速度 a。
2.描点作图
（1）研究加速度 a与力 F的关系：作出 a-F 图像，若为过原点的直线，说明 a与F成正比。
（2）研究加速度 a与质量 M的关系：做出 a—
1
M
图像，若为过原点的直线，说明 a与M成反比。
知识点四、实验图像的分析
图像在 a轴截距为正数，表面 F=0 时，小车就有加速度
a
=
a0
，即长木板的倾角过大，平衡摩擦力过度。
图像过原点，表面平衡摩擦力合适。
图像与 F轴相交，表明小车加上拉力 F在0
F0
范围时，其加速度 a=0，即长木板的倾角过小或没有平衡
摩擦力。
知识点五、误差分析
产生原因 减小方法
偶然
误差
质量测量不准、计数点间
距测量不准 多次测量求平均值
小车所受拉力测量不准 ①准确平衡摩擦力
2
②使细绳和纸带平行于木板
作图不准 使尽可能多的点落在直线上或均匀分布在直
线两侧，误差较大的点舍去
系统
误差
小盘及重物的总重力代替
小车所受的拉力 使小盘和重物的总质量远小于小车的质量
【课堂检测】
1.在“探究加速度与力、质量的关系”实验中：某组同学用如图所示装置，采用控制变量的方法，来研究
小车质量不变的情况下，小车的加速度与小车受到的力的关系，下列措施中正确的是（ÿÿ）
①首先要平衡摩擦力，使小车受到的合力就是细绳对小车的拉力
②平衡摩擦力的方法就是，在砂桶中添加砝码，使小车能匀速滑动
③每次改变拉小车的拉力后都需要重新平衡摩擦力
④实验中通过在砂桶中增加砝码来改变小车受到的拉力
⑤实验中应先放小车，然后再开打点计时器的电源
⑥实验中绳子拉力方向跟平板平行
A."①④⑤""""""""""""""""""""""""""""""""B."②③⑥""""""""""""""""""""""""""""""""C."①③⑥""""""""""""""""""""""""""""""""D."①
④⑥
【答案】ÿD
【解析】实验时首先要平衡摩擦力，使小车受到的合力就是细绳对小车的拉力，故①正确；
平衡摩擦力的方法就是，小车与纸带相连，小车前面不挂小桶，把小车放在斜面上给小车一个初速度，看
小车能否做匀速直线运动，故②错误；每次改变拉小车的拉力后都不需要重新平衡摩擦力，故③错误；实
验中通过在砂桶中增加砝码来改变小车受到的拉力是正确的，故④正确；实验中应先接通电源，后放开小
车，故⑤错误；实验中绳子拉力方向跟平板平行，故⑥正确，故D符合题意。
故答案为：D。
【分析】实验进行之前，首先进行平衡摩擦力操作，使得小车在不受拉力的情况下，沿着斜面做匀速直线
运动，即平衡了摩擦力；当完成平衡摩擦力操作后，拉力的大小变化都不需要重新平衡摩擦力，改变拉力
3
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