《高一物理一体化导学案（人教版2019必修第一册）》4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系（解析版）

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第 2 节　实验：探究加速度与力、质量的关系
【知识梳理】
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。
3.掌握利用图像处理数据的方法。
二、实验原理
1.实验方法：控制变量法
2.实验思路：本实验有三个需要测量的量：物体的质量
M
、物体所受的作用力
F
和物体的加速度
a
。测出它
们的值，分析数据，得出结论。
(1)质量
M
：用天平测量。
(2)测量物体的加速度
a
方案一：利用打点计时器打出的纸带测量小车的加速度
a
。
“逐差法”求解加速度 Δ
x
＝
aT
2，
xm
－
xn
＝(
m
－
n
)
aT
2(
m
>
n
)
方案二：让滑块在气垫导轨上做初速度为 0 的匀变速直线运动，利用运动学公式
a
＝或
a
＝求解。
测位移比测时间方便
方案三：
让两个小车做初速度为 0 的匀加速直线运动，在相等的时间内，由
x
＝
at
2知＝，把测量加速度转换成测量
位移。
(3)测物体受到的拉力
F
方案一：用阻力补偿法补偿打点计时器对小车的阻力及其他阻力，小车所受的拉力近似等于槽码的总重力。
阻力补偿后，绳的拉力
F
为小车所受合外力，绳的拉力
F
＝
mg
须满足
m
≪
M
的条件，其中
m
为槽码质量，
M
为小车质量。
方案二：用传感器或弹簧测力计测拉力
三、实验器材
电磁打点计时器、纸带、复写纸片、小车、一端附有定滑轮的长木板、槽码、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
M
0、
m
0，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.阻力补偿，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槽
码的小车拖动纸带在斜面上做匀速直线运动为止(纸带上相邻点间距相等)。
4.将槽码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
上号码及此时所挂槽码的重力
m
0
g
。
5.保持小车的质量不变，改变所挂槽码的重力，重复步骤 4，多做几次实验，每次小车从同一位置释放，
并记录好槽码的重力
m
1
g
、
m
2
g
、…以及计算出相应纸带的加速度。
6.保持槽码的质量不变，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。
五、数据处理
1.分析加速度和力的关系
依据表格 1，以加速度
a
为纵坐标，以外力
F
为横坐标，作出
a
－
F
关系图像，如图所示，由此得出结论。
2.分析加速度和质量的关系
依据表格 2，以加速度
a
为纵坐标，以小车及砝码的总质量
M
或为横坐标作出
a
－
M
或
a
－关系图像，如图
所示，据图像可以得出结论。
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