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衔接点23实验：探究加速度与力、质量的关系

课程标准

初中

初中无该实验

高中

1.学会用控制变量法探究物理规律.

2.会测量加速度、力和质量，能作出物体运动的a－F、a－eq\f(1,m)图像.

3.能通过实验数据及图像得出加速度与力、质量的关系．

初中物理知识储备

1．控制变量法：

初中物理当中的好多实验采用的就是控制变量法。在研究研究蒸发快慢与液体温度、液体表面积和液体上方空气流动速度的关系的时候我们发现涉及到的变量有温度、表面积、和空气流动三个因素，也就是三个变量，我们要研究单一变量对蒸发快慢的影响，就应该控制其中的两个变量。

物理学中对于多变量的问题，常常采用控制其中多个变量，每一次只改变其中的某个因素，而控制其余几个因素不变，从而研究被改变的这个因素对事物的影响分别加以研究，最后再综合解决，这种方法叫控制变量法。它是科学探究中的重要思想方法，广泛地运用在各种科学探索和科学实验研究之中。

2．正比例函数图像：一条过原点的倾斜直线。

高中物理新知识、新模型

一、实验思路——控制变量法

1．探究加速度与力的关系

保持小车质量不变，通过改变槽码的个数改变小车所受的拉力，测得不同拉力下小车运动的加速度，分析加速度与拉力的定量关系．

2．探究加速度与质量的关系

保持小车所受的拉力不变，通过在小车上增加重物改变小车的质量，测得不同质量的小车对应的加速度，分析加速度与质量的定量关系．

二、物理量的测量

1．质量的测量：用天平测量．在小车中增减砝码的数量可改变小车的质量．

2．加速度的测量

(1)方法1：让小车做初速度为0的匀加速直线运动，用刻度尺测量小车移动的位移x，用秒表测量发生这段位移所用的时间t，然后由a＝eq\f(2x,t2)计算出加速度a.

(2)方法2：由纸带根据公式Δx＝aT2结合逐差法计算出小车的加速度．

(3)方法3：不直接测量加速度，求加速度之比．例如：让两个做初速度为0的匀加速直线运动的物体的运动时间t相等，测出各自的位移x1、x2，则eq\f(a1,a2)＝eq\f(x1,x2)，把加速度的测量转换成位移的测量．

3．力的测量

在阻力得到补偿的情况下，小车受到的拉力等于小车所受的合力．

(1)在槽码的质量比小车的质量小得多时，可认为小车所受的拉力近似等于槽码所受的重力．

(2)使用力传感器可以直接测量拉力的大小，不需要使槽码的质量远小于小车的质量．

三、实验器材

小车、砝码、槽码、细线、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．

四、进行实验(以参考案例1为例)

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(小车上先不系细线)．

3．补偿阻力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫上垫木，反复移动垫木位置，启动打点计时器，直到轻推小车使小车在木板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)，此时小车重力沿木板方向的分力等于打点计时器对小车的阻力和长木板的摩擦阻力及其他阻力之和．

4．把细线绕过定滑轮系在小车上，另一端挂上槽码．保持小车质量不变，改变槽码的个数，以改变小车所受的拉力．处理纸带，测出加速度，将结果填入表1中．

表1小车质量一定

拉力F/N

加速度a/(m·s－2)

5.保持槽码个数不变，即保持小车所受的拉力不变，在小车上增减砝码，重复上面的实验，求出相应的加速度，把数据记录在表2中．

表2小车所受的拉力一定

质量m/kg

加速度a/(m·s－2)

五、数据分析

1.分析加速度a与拉力F的定量关系

由表1中记录的数据，以加速度a为纵坐标，以拉力F为横坐标，根据测量数据描点，然后作出a－F图像，如图所示，若图像是一条过原点的倾斜直线，就能说明a与F成正比．

2．分析加速度a与质量m的定量关系

由表2中记录的数据，以a为纵坐标，以eq\f(1,m)为横坐标，根据测量数据描点，然后作出a－eq\f(1,m)图像，如图所示．若a－eq\f(1,m)图像是一条过原点的倾斜直线，说明a与eq\f(1,m)成正比，即a与m成反比．

3．实验结论

(1)保持物体质量不变时，物体的加速度a与所受拉力F成正比．

(2)保持拉力F不变时，物体的加速度a与质量m成反比．

六、注意事项

1．打点前小车应靠近打点计时器且应先启动打点计时器后放开小车．

2．在补偿阻力时，不要(选填“要”或“不要”)悬挂槽码，但小车应连着纸带且启动打点计时器．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木板向下的分力平衡．

3．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地均匀分布在直线的两侧，个别偏离较远的点应舍去．

初、高中物理衔接点

1.同学学习完牛顿第一定律以后，能否提出探究