实验:探究加速度与力、质量的关系

一、实验目的

1．学会用控制变量法研究物理规律。

2．会测量加速度、力和质量，能作出物体运动的a — F、a—1/M图像。

3．会通过实验探究加速度与力、质量的定量关系。

二、实验器材

小车、槽码、砝码、细绳、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、交流电源、纸带、刻度尺、天平。

三、实验原理

1．实验的基本思想——控制变量法

(1)保持研究对象即小车的质量不变，改变槽码的个数可以成倍地改变小车所受拉力，即改变作用力，测出小车的对应加速度，验证加速度是否正比于作用力。

(2)保持小车所受拉力不变，改变研究对象即小车的质量，测出对应不同质量的加速度，验证加速度是否反比于质量。

2．三个物理量的测量方法
本实验的研究对象：小车 (装置如图所示)。
(1)小车质量的测量：利用天平测出，在小车上增减砝码可改变小车的质量。

(2)拉力的测量：当槽码的质量远小于小车质量的情况下，可以认为槽码的总重力近似等于小车所受的拉力(合外力)。

(3)加速度的测量：由纸带根据公式Δx＝aT²，结合逐差法计算出小车的加速度。

四、实验步骤

1．用天平测出小车的质量M，并把数值记录下来。

2．按如图所示的装置把实验器材安装好(小车上先不系绳)。

3．平衡摩擦力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫一木块，反复移动木块位置，直到轻推小车在斜面上运动时可保持匀速直线运动为止(纸带上相邻点间距相等)。

4．用细绳一端挂槽码，另一端绕过定滑轮系在小车上，在小车上加放适量的砝码，用天平测出槽码的质量m，记录下来。接通电源，放开小车，待打点计时器在纸带上打好点后取下纸带，并设计表格如下。

5．保持小车(含砝码)的质量不变，改变槽码的质量，按步骤4做6次实验。

6．在每条纸带上选取一段比较理想的部分，利用逐差法计算出每条纸带对应的加速度的值，填入相应表格中。

7．保持槽码的质量不变，在小车上加放砝码，重复上面的实验，求出相应的加速度，把数据记录到下面的表格中。

8．整理实验器材，结束实验。

五、数据处理

1．由表1中记录的数据，以a为纵坐标、F为横坐标，根据数据作aF图像(如图所示)，找出规律，分析a与F的关系。

2．由表2中记录的数据，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(如图所示)，分析a与1/M的关系。

3．实验结论

(1)保持物体质量不变时，物体的加速度a与所受力F成正比。

(2)在力F不变时，物体的加速度a与质量M成反比。

六、误差分析

七、注意事项

1．打点前小车应靠近打点计时器且应先接通电源后释放小车。

2．在平衡摩擦力时，不要悬挂槽码，但小车应连着纸带且接通电源。用手轻轻地给小车一个初速度，如果在纸带上打出的点的间隔均匀，表明小车受到的阻力跟它受到的重力沿斜面向下的分力平衡。

3．改变槽码的质量的过程中，要始终保证槽码的质量远小于小车的质量。

4．作图时应使所作的直线通过尽可能多的点，不在直线上的点也要尽可能的对称分布在直线的两侧，但若遇到个别偏离较远的点可舍去。

a — F、a — 1/M图线可能出现的情况及对应原因

(1)若平衡摩擦力时，木板垫起的倾角过小，则a — F、a — 1/M图像分别如甲图①、乙图②所示。

(2)若平衡摩擦力时，木板垫起的倾角过大，则a — F、a— 1/M图像分别如甲图③、乙图④所示。

(3)若实验中没有满足M远大于m，则aF、a— 1/M图像分别如图丙、丁所示。

实验：探究加速度与力、质量的关系

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