实验:探究加速度与力、质量的关系

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本节是一个探究性实验,探究加速度与力、质量的关系。(本实验是考试常考的一个实验


1、实验目的

(1)探究加速度与力、质量的关系。

(2)知道如何利用控制变量法探究物理规律。

(3)掌握利用图像来处理实验数据。

2、实验原理:利用控制变量法,控制物体的质量m不变,测出物体在不同力F作用下的加速度a,分析a与F的关系;控制物体的所受的力F不变,改变物体的质量m,测出相应的加速度a,分析a与m的关系。

3、如何测定所需要的物理量?(a、F、m)

质量m:可以由托盘天平测出。

合力F:重物的重力。

加速度a:通过打点计时器纸带上的点计算得出。

4、实验装置和步骤

实验装置如下,需要的器材有一端附有定滑轮的长木板、小车、带小钩的细绳、托盘、电磁打点计时器、纸带及复写纸片、刻度尺、低压交流电源、导线、砝码、天平(带有 一套砝码)。

步骤:

(1)用天平测出小车和托盘的质量,并记录数值。

(2)按上图所示连接好实验装置。(小车左端不要系绳)

(3)平衡摩擦力:把木板无滑轮的一端(上图右端)下面垫一薄木板,反复移动其位置,使小车在不挂托盘和砝码的情况下能沿木板做匀速直线运动。(木板做匀速直线运动的表现是打点计时器在纸带上打出的相邻点之间的距离相等)

(4)把下车停放在靠近打点计时器,按住小车,挂上托盘和砝码,先接通电源,然后释放小车,让小车拖着纸带在木板上匀加速下滑,根据纸带上打出的点计算小车下滑的加速度,并把托盘和砝码的重力和对应的加速度记录下来。

(5)保持小车的质量不变,改变托盘内砝码的个数,重复(4)操作,多次实验。

(6)保持托盘内的砝码个数不变,在小车上放入砝码改变小车的质量,让小车在木板上运动,计算砝码和小车的总质量,并有纸带上的点计算小车对应的加速度。

(7)改变小车上砝码的个数,重复(6)操作,多做几次,记录所对应的质量和加速度的值。

(8)用纵坐标表示加速度,横坐标表示力,做出平面坐标系,描绘出相应的点,若这些点在一条直线上,便证明了加速度与力成正比关系。

(9)最后作图如下,得出结论:物体的加速度与物体所受合外力成正比,与物体的质量成反比。

5、注意的实验事项:

(1)平衡摩擦力:把木板无滑轮的一端下面垫一薄木板,反复移动其位置,使小车在不挂托盘和砝码的情况下能沿木板做匀速直线运动。

如果平衡摩擦力不够或过度,则做出的a—F图像或a—1/m图像不会过原点。

如下图,Ι表示还没有加力F车就有加速度了,说明平衡摩擦力过度。

ΙΙ表示有加力F车还没有加速度,说明平衡摩擦力不够。

(2)平衡摩擦力后,每次改变小车的质量、托盘中砝码的个数,都不需要重新平衡摩擦力。

(3)实验中,一定要保证小车与车上所加砝码的总质量远大于托盘和砝码的总质量,因为只有这样才可以认为托盘和砝码的总重力是小车受到的拉力。

如果得到下图所示的图像,说明随着拉力F增大,托盘和砝码质量太大,没有满足小车与车上所加砝码的总质量远大于托盘和砝码的总质量这个条件,导致图像偏离直线。

(4)每次做实验,都是先通电源,在释放小车。


本节实验练习

实验:探究加速度与力、质量的关系练习


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