人教新课标（标准实验版） 高中物理 必修1 第四章 牛顿运动定律 实验：探究加速度与力、质量的关系

实验：探究加速度与力、质量的关系
2．怎样提供和测量物体受到的恒力
探究加速度与力、质量的关系
制定实验方案的两个问题
1．如何测量加速度？
2x 案例一
初速度为0的匀加速，由总位移求 a 2
x t
使用打点计时器，有纸带的点求a t 2 a a
初速度为0的匀加速，相同时间的位移 1 2x1 x2
3．探究加速度和力的关系
实验思路：保持小车质量不变，测量物体在不同力下的加速度，分析加速
度和力的关系。
注意：俩个案例中都近似认为砝码+砝码盘的重力和等于
拉力，这存在误差，所以要求砝码的质量要远小于小车的
质量
1
实验步骤： 数据分析：画a-F图，a为纵坐标，F为横坐标。图像为
1. 测得小车和重物质量M，m 。 过原点直线，说明a与F正比。0
2. 组装器材
3. 木板下端垫一薄木板，调节位置，使得不挂重物的
小车恰好匀速。(纸带间距相同)
4. 接重物，接电源，放重物，记录m0 结论：a F
5. 改变重物重力，重复步骤4，记录重力m1g，m2g….
4．探究加速度和质量的关系 数据分析：a与m反比？ 还是 a与1/m正比？
实验思路：力F一定，测量不同质量m的物体在同一力F下的加速度a，分析
a与m的关系。
实验步骤：略。
结论：a 1
m 2
疑难问题分析： 2．保持砂和砂桶的总质量不变，改变小车质量验证a与M关系时，是否需
1．为什么小车及车上砝码的总质量远大于砂和小桶的总质量时，才能近 要每次重新平衡阻力
似认为细绳对小车的拉力等于砂和小桶受的总重力
3．a-F图线出现截距的原因和调整方法是什么 【例1】一位同学实验获得几组数据以后，采用图像分析实验数据。将相
应的力F和加速度a，在F—a图中描点并拟合成一条直线，如图5所
示。你认为直线不过原点的可能原因是( )
A．钩码的质量太大
B．未平衡摩擦力
C．平衡摩擦力时木板的倾角太小，未完全平衡
D．平衡摩擦力时木板的倾角太大，失去平衡
3
【例2】某同学在利用斜面研究加速度与力的关系，得到拉力F与小车加速 【例3】图1为“验证牛顿第二定律”的实验装置示意图。砂和砂桶的总质
度的a的关系如图所示，若当地的重力加速度为g，不计斜面的摩擦 量为m，小车和砝码的总质量为M 。实验中用砂和砂桶总重力的大
阻力，则根据图像可以求出 ( ) 小作为细线对小车拉力的大小。实验中，为了使细线对小车的拉力
A．小车的质量 B．小车运动的时间 等于小车所受的合外力，先调节长木板一滑轮的高度，使细线与
C．斜面倾斜角 D．小车运动的位移 长木板平行。接下来还需要进行的一项操作是
( )
【例3】A. 将长木板水平放置，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带， 【例3】实验中要进行质量M和m的选取，以下最合理的一组是( )
给打点计时器通电，调节m的大小，使小车在砂和砂桶的牵引 A．M=20g, m=10g 、15g 、20g 、25g 、30g 、40g
下运动，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动。 B．M=200g , m=20g 、40g 、60g 、80g 、100g 、120g
B. 将长木板的一端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过打点计 C．M=400g , m=10g 、15g 、20g 、25g 、30g 、40g
时器的纸带，撤去砂和砂桶，给打点计时器通电，轻推小车，
从打出的纸带判断小车是否做匀速运动。 D．M=400g , m=20g 、 40g 、60g 、80g 、100g 、120g
C. 将长木板的一端垫起适当的高度，撤去纸带以及砂和砂桶，轻
推小车，观察判断小车是否做匀速运动。
【例3】下图是实验中得到的一条纸带，A、B 、C 、 D、E 、F 、G 为7个
相邻的计数点，相邻的两个计数点之间还有四个点未画出。量出相
邻的计数点。已知打点计时器的工作效率为50Hz，则小车的加速
度 = m/s2 （结果保留2位有效数字）
4
【例4】图1为验证牛顿第二定律的实验装置示意图。图中打点计时器的电 【例4】(1)完成下列实验步骤中的填空:
源为50Hz的交流电源，打点的时间间隔用Δt表示。在小车质量未 ①平衡小车所受的阻力:小吊盘中不放物块，调整木板右端的高度，
知的情况下，某同学设计了一种方法用来研究“在外力一定的条件 用手轻拨小车，直到打点计时器打出一系列________的点。
下，物体的加速度与其质量间的关系”。 ②按住小车，在小吊盘中放入适当质量的物块，在小车中放入砝
码。
③打开打点计时器电源，释放小车，获得带有点列的纸带，在纸
带上标出小车中砝码的质量m。
④按住小车，改变小车中砝码的质量，重复步骤③。
⑤在每条纸带上清晰的部分，每5个间隔标注一个计数点。测量
相邻计数点的间距s1，s2。求出与不同m相对应的加速度a。
⑥以砝码的质量m为横坐标, 1/a为纵坐标，在坐标纸上做出关系
图线。若加速度与小车和砝码的总质量成反比，则1/a与m处应
成_________关系(填“线性”或“非线性”)。
【例4】(2)完成下列填空: 【例4】(ⅲ)图3为所得实验图线的示意图。设图中直线的斜率为k，在纵轴
(ⅰ)本实验中，为了保证在改变小车中砝码的质量时，小车所受的 上的截距为b，若牛顿定律成立，则小车受到的拉力为___________，
拉力近似不变，小吊盘和盘中物块的质量之和应满足的条件是 小车的质量为___________。
______________
_______________________________。
(ⅱ)设纸带上三个相邻计数点的间距为s1、s2和s3。a可用s1、s3和Δt
表示为a=__________。图2为用米尺测量某一纸带上的s1、s3的情况，
由图可读出s1=________，s3=__________。由此求得加速度的大小
a=__________。
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