实验报告探究加速度与力、质量关系

实验 报告 探究加速度与 物体质量、物体受力的关系

实验目的

1．学会用控制变量法研究物理规律．

2．探究加速度与物体质量、物体受力的关系．

3．掌握灵活运用图象处理问题的方法．

实验原理

探究加速度 a 与力 F、质量 M 的关系时，应用的基本方法是__________，即先控制一个参量——小车的质量 M 不变，讨论加速度 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，改变小车质量 M，讨论加速度 a 与质量 M 的关系．

实验器材

打点计时器、复写纸片和纸带、一端有定滑轮的长木板、小车、小盘、______电源、______、砝码、________、导线．

实验步骤

一、测质量

1．用天平测出小车和砝码的总质量 M，小盘和砝码的总质量 m，把测量结果记录下来．

二、仪器安装及平衡摩擦力

2．按图 1 把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细绳系在车上，即不给小车加牵引力．

图 1

3．平衡摩擦力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫一块木板．反复移动木板的位置，直至小车拖着纸带在斜面上运动时可以保持__________运动状态．这时，小车受到的摩擦阻力恰好与小车所受的重力__________的分力平衡．

三、保持小车的质量不变，研究 a 与 F 的关系

4．把细绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂小盘，先__________再____________，打点计时器在纸带上打下一系列的点，打完点后切断电源，取下纸带，在纸带上标上纸带号码．

5．保持小车和砝码的质量不变，在小盘里放入适量的砝码，把小盘和砝码的总质量 m′记录下来，重复步骤 在小盘内再放入适量砝码，记录下小盘和砝码的总质量 m″，再重复步骤 4，重复三次，得到三条纸带．

6．在每条纸带上都选取一段比较理想的部分，标明计数点，测量计数点间的距离，算出每条纸带上的加速度的值，并记录在表格(一)内．

表(一)

实验次数

加速度 a/( m · s－2 )

小车受力F/ N

1

2

3

4

四、保持小盘和砝码的质量不变，研究 a 与 M 的关系

7．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．

改变小车上砝码的个数，重复步骤 7，并将所对应的质量和加速度填入表(二)中．

表(二)

实验次数

加速度a/( m · s－2 )

小车和砝码的

总质量 M/ kg

小车和砝码总质量M1 1

2

3

数据处理

1．需要计算各种情况下所对应的小车加速度，可使用“研究匀变速直线运动”的方法：先在纸带上标明计数点，测量各计数点间的距离，根据公式 a＝ Δ xT2 计算加速度．

图 2

2．(1)根据表(一)，用纵坐标表示加速度 a，横坐标表示作用力 F，作用力的大小 F 等于小盘和砝码的总重力，根据实验结果在坐标平面上描出相应的点，如果这些点是在一条过原点的直线上，便证明了加速度 a 与作用力 F 成正比．如图 2 所示．

(2)根据表(二)．用纵坐标表示加速度 a，横坐标表示小车和砝码的质量 M，根据实验结果在坐标平面上描出相应的点，发现这些点落在一条类似反比函数的曲线上．我们猜想，a 与 M 可能成反比．为了检验猜想的正确性，再用纵坐标表示加速度 a，横坐标表示小车和砝码总质量的倒数，根据实验结果在坐标平面上描出相应的点．如果这些点落在一条过原点的直线上，就证明了加速度与质量成反比．(如图 3 所示)

图 3

结论：

注意事项

1．一定要做好平衡摩擦力的工作，也就是调出一个合适的斜面，使小车的重力沿着斜面方向的分力正好平衡小车受到的摩擦阻力．在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细线系在小车上，即不要给小车加任何牵引力，并要让小车拖着打点的纸带运动．

2．实验步骤 2、3 不需要重复，即整个实验平衡了摩擦力后，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．

3．每条纸带必须在满足小车与车上所加砝码的总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．

4．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，且应在小车到达滑轮前按住小车．

误差分析

1．质量的测量误差，纸带上打点计时器打点间隔距离的测量误差，拉线或纸带不与木板平行等都会造成误差．

2．因实验原理不完善造成误差：本实验中用小盘和砝码的总重力代替小车受到的拉力(实际上小车受到的拉力要小于小盘和砝码的总重力)，存在系统误差．小盘和砝码的总质量越接近小车的质量，误差就越大；反之，小盘和砝码的总质量越小于小车的质量，误差就越小．

3．平衡摩擦力不准确造成误差：在平衡摩擦力时，除了不挂小盘外，其他的都跟正式实验一样(比如要挂好纸带、接通打点计时器)，匀速运动的标志是打点计时器打出的纸带上各点的距离相等．

情节一点也不突兀。

写得非常有欣赏价值！

《探究加速度与力、质量的关系》教学设计

四川省南江县第二中学

刘新明

【学生分析】： 已经掌握了力、质量、加速度等物理概念

能正确的受力分析

对传感器这种测量加速度的工具已有一定的了解

已具备一定的实验操作技能

对物理实验的研究方法已有一定的了解

【教学目标】：

知识与技能：

通过实验，探究加速度与物体质量、物体受力的关系。

理解对质量相同的物体来说，物体的加速度跟作用在它上面的力成正比；在相同力的作用下，加速度跟受力物体的质量成反比。

学习使用传感器

过程与方法：

体会探究过程中所用的科学方法。

情感态度价值观：

通过实验培养学生的团结合作精神和协作意识，自主探究，敢于提出与别人不同的见解，勇于改正错误。从学习的过程中体验探索真理的自信心和成就感。

【教学器材】： 位移传感器、数据采集器、计算机、轨道、小车、钩码、砝码、细线等

【教学方法】： 问题讨论法 合作探究

【教学过程】：

一、创设情境，提出问题

从歼 15 战斗机开始介绍，战斗机要在百米内由静止加速到达起飞的速度，根据我们之前学过的运动学公式，

a 要足够大！

二、猜想假设

战斗机靠什么提供这么大的加速度呢？

发动机。加速度与力一定有关系，而且动力越大，加速度越大。

飞机一般都设计成流线型，目的就是为了减小阻力。加速度与合外力有关系。

加速度还与质量有关。

三、实验方法

要研究 a、F、m这三个变量之间的关系，我们要采用什么方法？（控制变量）

从中找出 a与 F、a与 m的关系。

四、设计实验

为了简化研究的问题，我们需要建立物理模型。我们把研究对象确定为轨道上的小车。如何有效地测量呢？下面，请同学们利用桌上所提供的实验器材，先试着设计实验操作步骤，来有效地测量 a,m,f 这三个物理量。在设计的过程中，如果有什么困难，一会儿提出来我们共同想办法解决。

学生设计思考一到两分钟后…… 现在我们要运用集体的智慧，齐心协力共同来解决这些问题。首先来提出你们的问题。

A 组举手：我们用弹簧秤拉小车，不好读数

师：你们组用弹簧秤拉小车是为了测量小车的拉力吗？

A 组：小车在加速运动，看不清楚读数，而且也不能保证小车是做匀加速。

B 组举手：我们是用钩码来拉小车。

师：这个办法非常巧妙。通过钩码绕过定滑轮来拉动小车，让钩码的重力来给小车提供稳定的拉力，使小车在轨道上做匀加速运动。

C 组：没有打点计时器，测不了加速度。

师：为了减小计算量，我们选用位移传感器。

教师介绍位移传感器的使用方法。

五、实验操作

六、汇报小结

大家的实验都结束了，请同学分析一下。

问 1 ：为什么要选择数据？

问 2 ：分析一下你们组得到的实验数据。

生：从表格里我们发现加速度随力的增大而减小。

师：那么怎样才能更直观地看出他们的定量的规律呢？

生：拟合图像。

师：图像的横纵坐标表示什么含义，图像可以说明加速度与合外力之间是什么关系？

生：正比。

师：正比关系的图像应该要严格过原点才对。有其他小组做出和这不一样的图像吗？有没有过原点的图像？

老师把课前做好的过原点的图像投影到屏幕上，请同学们比较，并且分析图像会不会过原点，那么不过原点的原因又是什么。

学生经过思考，发现：

根据前面学过的牛顿第一定律，图像应该要过原点

不过原点是因为有摩擦

共同想办法解决摩擦力的问题。

七、继续第二部分实验操作

F 一定，研究 a 与 m 的关系。

八、汇报分析，小结实验结论

九、教师小结

我们今天不仅通过实验，研究得到了加速度与力和质量的关系，同时还学习使用了传感器。传感器减少了我们实验过程的计算量，从而大大节约了我们实验的时间，提高了我们学习的效率。

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