第四章 第二节 实验：探究加速度与力、质量的关系
班级 学号 姓名 成绩
【课程学习目标】
1.认识影响加速度的因素——力和质量
2.通过实验测量加速度、力和质量；会做出加速度与力、加速度与质量的关系图象。
3.能根据图象得出加速度和力、质量的关系
4.知道平衡摩擦力的方法和判断摩擦力是否得到平衡的方法。
【重点及难点】
对于实验条件：车质量（包括车内砝码）M远大于盘和砝码的总质量m的理解
【课堂导学】
1、物体运动状态的变化指的是 的变化，也就是物体产生了 ；
是迫使“物体运动状态变化”的原因，也就是物体产生 的原因；
是抵抗“物体运动状态变化”的本领； 是描述“物体运动状态变化”快慢。
（选填：“速度v”、“ 质量m”、“外力F”“、加速度a”）。
2、为了研究加速度、物体质量和受力之间关系，可以采用 法：
即先控制 ，研究 ；再控制 ，研究 。
本实验需要测量的物理量有加速度、力与质量，其中质量可用 测量。
①怎样测量（或比较）加速度？
课本P73参考案例一是如何比较加速度呢？为什么可用两车的位移之比表示它们的加速度之比？
课本P73参考案例二是如何测量加速度呢？
②怎样测量力？
在参考案例二 (如图所示)，如何给小车提供恒定的外力？
③为什么图中木板要倾斜？木板要倾斜到什么程度？如果在气垫导轨上做参考案例二实验需要将气垫导轨倾斜吗？
④本实验对小车前端的细线有什么要求？
提示：本实验方案中，在平衡好摩擦的前提下，还要满足小车质量（包括车内砝码）M远大于盘和砝码的总质量m时，可以认为小车运动过程中所受外力等于盘和砝码的总重力。
⑤怎样处理参考案例二得到的数据？
在研究加速度与质量的关系时，为什么要用为横坐标，加速度a为纵坐标，描绘a—图象，而不是描绘a—m图象？
例1、某同学做“探究加速度、力和质量的关系”实验，如图所示为他正要释放小车时的情形，对此另一位同学提出来实验应改进以下几点，中正确的是（ ）
A、应把长木板的右端适当垫高，以平衡摩擦阻力
B、应调整滑轮高度使细绳与长木板表面平行
C、应将打点计时器接在直流电源上
D、应将小车远离打点计时器
例2：下面是“探究加速度与力、质量的关系”的实验步骤：①用天平测出小车质量M和小盘质量m②安装好打点计时器，在小车上安装好纸带③调整长木板的倾斜程度④在小盘中加入适量的砝码m1⑤保持小车质量一定，探究加速度与力的关系⑥保持小车所受拉力一定，探究加速度与质量的关系
（1）步骤③的目的是
（2）步骤④中，要求小盘和砝码总质量（m+m1） 小车质量M
（3）步骤⑤、⑥，表明该实验采用的科学方法是
例3．“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”的实验装置如图甲所示．
(1)在平衡小车与桌面之间摩擦力的过程中，打出了一条纸带如图乙所示．计时器打点的时间间隔为0.02s．从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，量出相邻计数点之间的距离．该小车的加速度a＝________m/s2.(结果保留两位有效数字)
砝码盘中砝码总重力F(N)
0.196
0.392
0.588
0.784
0.980
加速度a (m·s－2)
0.69
1.18
1.66
2.18
2.70
(2)平衡摩擦力后，将5个相同的砝码都放在小车上．挂上砝码盘，然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中，测量小车的加速度．小车的加速度a与砝码盘中砝码总重力F的实验数据如下表：
请根据实验数据在上图中作出a－F的关系图象．
(3)根据提供的实验数据作出的a－F图线不通过原点，请说明主要原因．
参考答案：
【课堂导学】
1.速度；外力F；质量m；加速度a
2.控制变量；质量 加速度 外力；外力 加速度 质量；天平
3. 通过相同时间内发生位移来比较加速度；
在本探究实验中，两车均做初速度为0的匀加速直线运动。由匀加速直线运动位移公式 ?，
式中v0=0，且两车的运动时间t相等，故有a ∝ x，即
，可用两车的位移之比表示加速度之比。
①运用打点计时器在与运动物体连接的纸带上打点，由纸带上打出的点来测量加速度的方法。
②如图将小盘和砝码用细线与小车连接，并将细线跨过定滑轮，通过小盘和砝码的总重力为小车提供恒定的外力
③小车还受到木板对它的摩擦力；将水平板的一端垫高成为倾角不大的斜面，轻轻推动小车（未挂小盘），使小车带着纸带能在板上匀速运动；根据纸带判断摩擦力是否平衡
④滑轮和小车之间的细线与长木板平行
⑤“a与m成反比”就是“a与成正比”
检查a—m图象是不是双曲线，也能判断它们之间是不是反比例关系，但检查这条曲线是不是双曲线并不容易；而采用a—图象，检查图线是不是过原点的倾斜直线，那就容易多了。
所以，在研究加速度与质量的关系时，要描绘a—图象，而不是描绘a—m图象。
“化曲为直”，是实验研究中经常采用的一种有效方法。
例1：AB
例2：平衡摩擦力 ； 远小于； 控制变量法
例3：(1)0.16 (0.15也可)
(2)见右图
(3)未计入砝码盘的重力
高一期末实验复习 达标检测
1．在做“探究加速度与力、质量的关系”的实验时( )
A．应使砝码和小盘的总质量远小于小车和砝码的总质量，以减小实验误差
B．每次向小盘内增加钩码时，不需要重新平衡摩擦
C．实验时，先放开小车，再接通打点计时器的电源
D．处理实验数据时采用a－图象，是为了便于根据图线直观地作出判断
2．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，关于平衡摩擦力的说法中正确的是（ ）
A、平衡摩擦的本质是想办法让小车受到的摩擦力为零
B、平衡摩擦力的本质是使小车所受的重力的沿斜面向下分力与所受到的摩擦阻力相平衡
C、平衡摩擦的目的是要使小车所受的合力等于小盘和重物通过细绳对小车施加的拉力
D、平衡摩擦时应将在小车前挂上小盘进行
3．某同学做“加速度与力、质量的关系”实验时，在平衡摩擦力时，把长木板的一端垫得过高，使得倾角偏大，他所得到的a－F关系可用下图中哪个图象表示(a是小车的加速度，F是细线作用于小车的拉力) ( )
4．在“探究加速度与力、质量的关系” 实验时，若这位同学把质量为M的小车两辆车都放在这块光滑的水平板上，前端各系两条细绳，其中一辆小车系的这条细绳的另一端跨过定滑轮挂一个小盘，盘中放有两个砝码；另一辆小车前端系的这条绳的另一端跨过定滑轮挂一个小盘，盘中放有一个砝码，两小车后端各系一条细绳，一起被一个夹子夹着而使小车静止（右图）。打开夹子，两小车开始运动，关上夹子，两小车停下来。用刻度尺测出两小车通过的位移分别为X1和X2，设两小车的加速度分别为a1和a2;运动时间分别是t1和t2。其中t1和t2 （填“相等”和“不相等”）；X1、X2、a1和a2四者的关系式应是
5．在“探究加速度与力、质量关系”的实验中，得到一条打点的纸带，如图所示，已知相邻计数点间的时间间隔为T，且间距x1、x2、x3、x4、x5、x6已量出，则小车加速度的表达式为a=________________________；
6．（1）某同学在家中尝探究合力与分力的关系，他找到三条相同的橡皮筋（遵循胡克定律）和若干小事物，以及刻度尺、三角板、铅笔、细绳、白纸、钉字，设计了如下实验：将两条橡皮筋的一端分别在墙上的两个钉子A、B上，另一端与第二条橡皮筋连接，结点为O，将第三条橡皮筋的另一端通过细绳挂一重物。
①为完成实验，下述操作中必需的是 。
A．测量细绳的长度 B．测量橡皮筋的原长
C．测量悬挂重物后橡皮筋的长度 D．记录悬挂重物后结点O的位置
②钉子位置固定，欲利用现有器材，改变条件再次实验证，可采用的方法是
7．在“探究求合力的方法”实验中，需要将橡皮条的一端固定在水平板上，另一端系上两根细绳，细绳的另一端都有绳套（如图所示）。实验中需用两个弹簧秤分别勾住绳套，并互成角度地拉橡皮条。对此实验有以下几种说法。你认为正确的是
A．描出拉线的方向就可记录拉力的方向
B．读出弹簧秤的示数就可知拉力的大小
C．同一次实验中结点O的位置必须是唯一的
D．在使用弹簧秤时要注意使弹簧秤与木板平面平行
E．橡皮条应与两绳夹角的平分线在同一直线上
8．李明同学在做“探究求合力的方法”实验时，利用坐标纸记录下橡皮筋的结点位置O点以及两只弹簧秤拉力的大小如图（a）所示， ①试在图（a）中作出无实验误差情况下F1和F2的合力图示，并用F表示此力．
（2）有关此实验，下列叙述正确的是
A、两弹簧秤的拉力可以同时比橡皮筋的拉力大
B、橡皮筋的拉力是合力，两弹簧秤的拉力是分力
C、两次拉橡皮筋时，需将橡皮筋结点拉到同一位置O．这样做的目的是保证两次弹簧秤拉力的效果相同
D、若只增大某一只弹簧秤的拉力大小而要保证
橡皮筋结点位置不变，只需调整另一只弹簧秤拉力的大小即可
③图（b）所示是李明和张华两位同学在做以上实验时得到的结果，其中哪一个实验比较符合实验事实？（力F’是用一只弹簧秤拉时的图示） 答：
④在以上比较符合实验事实的一位同学中，造成误差的主要原因是：（至少写出两种情况）
答：_____________________________________________________________
______________________________________________________________
9．在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，使用两条不同的轻质弹簧
a和b，得到弹力与弹簧长度的图象如图7所示。下列表述正确的是（ ）21世纪教育网
A．a的原长比b的长学科网 B．a的劲度系数比b的大
C．a的劲度系数比b的小21世纪教育网 D．测得的弹力与弹簧的长度成正比21世纪教育网
10．某同学在做“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，设计了图甲所示的实验装置．他先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，再将钩码逐个挂在弹簧的下端，每次都测出相应的弹簧总长度，将数据填在下面的表中．(弹簧始终在弹性限度内)
测量次序
1
2
3
4
5
6
弹簧弹力大小F/N
0
0.49
0.98
1.47
1.96
2.45
弹簧总长x/cm
6
7.16
8.34
9.48
10.85
11.75
根据实验数据在图乙的坐标纸上已描出了前四次测量的弹簧所受弹力大小F跟弹簧总长x之间的函数关系点，请把第5、6次测量的数据对应的点描出来，并作出F－x图线．
(2)图线跟x坐标轴交点的物理意义是
__________________．
(3)该弹簧的劲度系数k＝________.
(保留两位有效数字)
【达标检测】
1.ABD
2.BC
3.C
4．相等 a1/a2=X1/X2
5、
6、（1）①BCD ②更换不同的小重物
7、ABCD
8、（1）图略
（2）AC
（3）张华的实验符合实验事实
（4）①F1的方向比真实方向偏左；②F2的大小比真实值偏小且方向比真实方向偏左；③左图时两虚线不分与F1线和F2线平行
9.B
10.(1)图线如图所示
(2)弹簧的原长
(3)42 N/m
