2024年初升高物理无忧衔接（通用版）衔接点21 实验：探究加速度与力、质量的关系（原卷版）.docx

衔接点21实验：探究加速度与力、质量的关系

课程标准

初中

无

高中

1.能够设计探究加速度与力、质量的关系实验方案。

2.能够完成实验的操作和测量过程，以及通过控制变量法对数据进行图像处理，体验如何平衡摩擦力，减小系统误差（钩码所受的重力不等于小车所受的拉力等）的操作方法。

初中物理

高中物理

异同点

无

探究加速度与力、质量的关系

无

初中物理无此内容。

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

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：Δx＝aT2，xm－xn＝(m－n)aT2(mn)

当题目中给出的数据有偶数个时，把全部数据分为两大组计算，例如a＝eq\f(（x6＋x5＋x4）－（x3＋x2＋x1）,9T2)

纸带中每个数据都得到利用，实验误差较小。

方案二：

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＝eq\f(1,2)at2知eq\f(x1,x2)＝eq\f(a1,a2)，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。

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.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m0g。

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

…

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eq\f(1,M)/kg－1

1

2

3

…

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eq\f(1,M)为横坐标作出a－M或a－eq\f(1,M)关系图像，如图所示，据图像可以得出结论。

3.实验结论

(1)保持物体质量不变时，物体的加速度a与所受合外力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

1.在实验中，我们认为槽码的重力就等于小车所受的合力。但这是有误差的，只有在小车质量比较大，槽码质量比较小且长木板合理倾斜的情况下，实验结果才比较理想。

2.质量测量、长度测量中也存在偶然误差，可通过多次测量取平均值的方法来减小误差。

3.阻力补偿不准而造成误差。

4.描点作图时存在误差。

【例题】1．某实验小组利用如图甲所示装置做“验证牛顿第二定律”的实验。调整长木板倾角补偿阻力。

(1)要保证小车受到的合外力等于轻绳的牵引力，除了补偿阻力，还需要调整的高度，使牵引小车的轻绳。

(2)某次实验得到的一条纸带如图乙所示，A、B、C、D、E为计数点，相邻两个计数点间还有4个计时点未画出，打点计时器的频率为50Hz。在该次实验中，打C点时小车的速度大小为m/s，小车的加速度大小为。（结果均保留三位有效数字）

(3)在验