第4章第2节 实验 探究加速度与力、质量的关系
【知识与技能】
1、理解物体运动状态的变化快慢，即加速度大小与力有关，也与质量有关。 2、通过实验探究加速度与力和质量的定量关系。 【过程与方法】
1、使学生掌握在研究三个物理量之间关系时，用控制变量法实现。 2、指导学生根据原理去设计实验。
3、帮助学生会分析数据表格，利用图象寻求物理规律。 【情感态度与价值观】
1、通过实验探究激发学生的创新精神。 2、使学生体验探索自然规律的艰辛与喜悦。
【教学过程】 【实验目的】
1．学会用控制变量法研究物理规律。 2．验证牛顿第二定律。
3．掌握利用图象处理数据的方法。 【实验原理】
探究加速度a与力F及质量M的关系时，应用的基本方法是控制变量法，即先控制一个参量——小车的质量M不变，探究加速度a与力F的关系；再控制小盘和砝码的质量不变，即力F不变，探究加速度a与小车质量M的关系。 【实验器材】
打点计时器、纸带、复写纸、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平、刻度尺、砝码、薄木块。 【实验步骤】
1．称量质量：用天平测小盘的质量m0和小车的质量M0。
2．安装器材：按照实验原理图所示装置把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细绳系在小车上(即无小车牵引力)。
3．平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块，反复移动薄木块的位
置，直至小车在不挂小盘和砝码的情况下能沿木板做匀速直线运动为止。 4．测量加速度：
(1)保持小车的质量不变：把小车靠近打点计时器，挂上小盘和砝码，先接通电源，再让小车拖着纸带在木板上匀加速下滑，打出一条纸带。计算小盘和砝码的重力，即为小车所受的合力，由纸带计算出小车的加速度，并把力和对应的加速度填入表(一)中。改变小盘内砝码的个数，并多做几次。
(2)保持小盘内的砝码个数不变：在小车上放上砝码改变小车的质量，让小车在木板上滑动打出纸带。计算砝码和小车的总质量M，并由纸带计算出小车对应的加速度，并将所对应的质量和加速度填入表(二)中。改变小车上砝码的个数，并多做几次。 表(一)
实验次数 1 2 3 4 表(二)
实验 次数 1 2 3 4
【数据处理】
1．计算加速度：在纸带上标明计数点，测量各计数点间的距离，根据逐差法计算各条纸带对应的加速度。
2．作图象找关系：根据记录的各组对应的加速度a与小车所受牵引力F，建立直角坐标系，描点画a -F图象，如果图象是一条过原点的倾斜直线，便证明加速度与作用力成正比。再
加速度 a/(m·s2) －加速度a/(m·s2) －小车受力F/N 小车和砝码的 总质量M/kg 小车和砝码的总质量的倒数M －1/kg1 －1
根据记录的各组对应的加速度a与小车和砝码总质量M，建立直角坐标系，描点画 a - 图
M象，如果图象是一条过原点的倾斜直线，就证明了加速度与质量成反比。 【误差分析】 1．系统误差
(1)产生原因：①实验原理不完善引起的误差。本实验用小盘和砝码的总重力mg代替对小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力。小盘和砝码的总质量越小于小车的质量，由此引起的误差就越小。②摩擦力平衡不准确、纸带和细绳不严格与木板平行。 (2)减小方法：
①满足小盘和砝码的总质量远小于小车的质量。②精确操作，确保平衡摩擦力以及纸带和细绳严格与木板平行。 2．偶然误差
(1)产生原因：质量测量不准确、计数点间距离测量不准确。 (2)减小方法：多次测量求平均值。 【注意事项】
1．平衡摩擦力：在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细绳系在小车上，即不要给小车加任何牵引力，并要让小车拖着纸带匀速运动。平衡了摩擦力后，不管以后是改变小盘和砝码的总质量还是改变小车和砝码的总质量，都不需要重新平衡摩擦力。
2．实验条件：每条纸带都必须在满足小车的质量远大于小盘和砝码的总质量的条件下打出。只有如此，小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力。
3．一先一后一按住：改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，再放开小车，且应在小车到达定滑轮前按住小车。
4．作图：作图时，两坐标轴的比例要适当，要使尽可能多的点落在所作直线上，不在直线上的点应尽可能对称地分布在所作直线两侧。 另一个方案： 保持力不变
保持小车质量不变
为什么 x2 /x1 可以表示小车 2 的加速度 a ? 为什么 F2 / F1 可以表示小车 2 所受的拉力 F ?
为什么 x2 /x1 可以表示小车 2 的加速度 a ? 为什么M2 / M1可以表示小车2的质量 m ? 为什么M1 / M2又表示小车 2 的 1/m ? （二）误差分析
1．小车质量 m 应比重物的质量m′大得多，其原理将在后面的牛顿运动定律的应用中专门讨论。二者差距越小，图象线性越差。
2．夹口的密合性能，是造成误差的原因之一。由于小车的质量和速度较大，夹子不易夹住小车的后拖线；有些时候夹子夹住一根拖线，而另一根未被夹住，对应小车仍向前运动，这些都是造成位移误差的原因。
3．小车运动停止时不能与定滑轮相碰。如果小车碰到定滑轮才松手让夹子夹住拖线，则与定滑轮相碰的小车位移偏小，产生误差。
【典型例题】某同学设计了“探究加速度a与物体所受合力F及质量m的关系”实验. 图（a）为实验装置简图，A为小车，B为某种打点计时器，C为装有细砂的小桶，D为一端带有定滑轮的长方形木板，实验中认为细绳对小车拉力F等于细砂和小桶的总重量，小车运动的加速度a可用纸带上打出的点求得。.
高中物理：人教版高中物理必修1 第4章第2节 实验 探究加速度与力、质量的关系(教案)
