5.2 科学探究：加速度与力 质量的关系 【思考交流】 【自主导学】 1.要进行实验，需要测量的物理量有哪些？需要哪些仪器来进行测量？ 【知识预习】 1.加速度是表示物体运动状态________的物理量。根据事实经验，加速度与物体的________有关。 物体________一定时，质量越小，加速度就越大。加速度还与物体_______的大小有关，物体______ __一定时，受力越大，其加速度越大。 2.探究加速度 a 与力 F 及质量 m 的关系，采用的基本方法是 ． 2. 仔细阅读实验步骤，思考为什么要平衡小车摩擦力？采用什么方法？ 3. 怎么验证摩擦力已经完全平衡？ (1)如图所示，保持小车的总质量不变，改变小桶内沙子的质量，从而改变细绳对小车的 ，测出小车的加速度，研究小车的加速度与拉力的关系． 4. 完全平衡摩擦力之后，后续更改小车或者重物时质量时需要重新平衡摩擦力吗？ (2)保持小桶和沙子的总质量不变，即细绳对小车拉力 F 不变，在小车上增减砝码，改变小车的 ，测出小车对应的加速度，研究小车的加速度与其质量的关系． 5.平衡摩擦力后，实验中沙子和沙桶的重力就是小车所受的合外力吗？实验中为什么要求所挂重物 质量远小于小车质量? 3.实验步骤 （1）用天平分别测出小车的质量和小桶的质量，把数据记录下来． 6.实验存在哪些类型的误差，你能否改进实验，克服本实验中存在的误差？ （2）按如图所示安装器材． （3）平衡摩擦力：在木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄垫块，反复移动薄垫块的位置 ， 直至不挂重物的小车在斜面上运动时可保持 小车所受的重力 状态．这时小车拖着纸带运动受到的 例题 1．如图所示的实验装置可以验证牛顿运动定律，小车上固定一个盒子，盒子内盛有砂子．砂 恰好与 桶的总质量(包括桶以及桶内砂子质量)记为 m，小车的总质量(包括车、盒子及盒内砂子质量)记为 平衡． M. （4）在小车上加放砝码，小桶里放入适量的沙子，把砝码和沙子的质量记录下来．把细线系 在小车上并绕过滑轮悬挂小桶，先 ，再 ，打点计时器在纸带上打下一系列的点，取 下纸带，在纸上写上编号． （5）保持小车及车内砝码的 （6）保持沙子和小桶的 不变，改变沙子的 不变，在小车上增减 (要用天平称量)，按步骤 4 再做几次实验 (1) 验 ，重复上述步骤 证 在 4.数据处理 质 量 （1）．探究加速度与力的关系：以 a 为纵坐标、F 为横坐标，根据表格 1 中的各组数据在坐标 系中描点．如果这些点在一条过原点的直线上，说明 a 与 F 成 ，如图所示． 不变的情况下，加速度与合力成正比．从盒子中取出一些砂子，装入砂桶中，称量并记录砂桶的总 重力 mg，将该力视为合力 F，对应的加速度 a 则从打下的纸带中计算得出．多次改变合力 F 的大小， 每次都会得到一个相应的加速度．本次实验中，桶内的砂子取自小车中，故系统的总质量不变．以 合力 F 为横轴，以加速度 a 为纵轴，画出 a－F 图象，图象是一条过原点的直线． ①a－F 图象斜率的物理意义是____________． 2．探究加速度与质量的关系：“a 与 M 成反比”实际上就是 纵坐标， 为横坐标建立坐标系，根据表格 2 中的数据描点．根据 ．以 a 为 ② 你认为把砂桶的总重力 mg 当做合力 F 是否合理？ 答：__________．(选填“合理”或“不合理”) ，就能判断 a 是不是与质 ③ 本次实验中，是否应该满足 M≫m 这样的条件？ 量 M 成反比，如图所示． 1 答：__________(选填“是”或“否”)； A．调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行 理由是_____________________________________________________． B．在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上 (2)验证在合力不变的情况下，加速度与质量成反比．保持桶内砂子质量 m 不变，在盒子内添加或 C．实验时，先放开木块再接通打点计时器的电源 去掉一些砂子，验证加速度与质量的关系．本次实验中，桶内的砂子总质量不变，故系统所受的合 D．通过增减木块上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度 力不变．用图象法处理数据时，以加速度 a 为纵轴，应该以__________的倒数为横轴． (2)为使砝码桶及桶内砝码的总重力在数值上近似等于木块运动时受到的拉力，应满足的条件是砝码 桶及桶内砝码的总质量________木块和木块上砝码的总质量．(填“远大于”、“远小于”或“近似等于”) 【课堂练习】 (3)甲、乙两同学在同一实验室，各取一套图示的装置放在水平桌面上，木块上均不放砝码，在没有 1．通过小车在拉力作用下的加速运动，来探究加速度、力和质量三者之间的关系．下列说法中 平衡摩擦力的情况下，研究加速度 a 与拉力 F 的关系，分别得到图 6-2-42 中甲、乙两条直线．设 符合实际的是(　　) A．通过同时改变小车的质量 m 及受到的拉力 F，能归纳出加速度、力和质量三者之间的关系 B．通过保持小车的质量不变，只改变小车受到的拉力，就可以归纳出加速度、力和质量三者之间 甲、乙用的木块质量分别为 m 甲、m 乙，甲、乙用的木块与木板间的动摩擦因数 分 别为 μ 甲、μ 乙，由图可知，m 甲 _______m 乙 ，μ 甲 ________ μ 乙．(填“大于”、 “小 于”或“等于”) 的关系 C．通过保持小车受力不变，只改变小车的质量，就可以得出加速度、力和质量三者之间的关系 D．先不改变小车的质量，研究加速度与力的关系；再不改变小车受到的拉力，研究加速度与质量 的关系；最后归纳出加速度、力和质量三者之间的关系 6．当物体质量一定时，探究加速度与力的关系，某同学设计了如图所示的实验装置。力传感器可测 2．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，需要平衡摩擦力时，应该让小车(　　) 出轻绳的拉力。其中 m 为砂和砂桶的总质量，m0 为滑轮的质量，M 为小车的质量。 A．挂上槽码，拖上纸带，开动打点计时器 B．不挂槽码，拖上纸带，开动打点计时器 C．挂上槽码，不拖纸带 D．不挂槽码，不拖纸带 3.“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图所示．实验中，为使小车运动时所受的拉力 近似等于盘和重物的总重力，则盘和重物的总质量 m 与小车的质量 M 应满足的关系是(　　) （1）实验时，为了减小误差，______（填“是”或“否”）需要使 m<<M。 A．m 远大于 M　　　　　　　 （2）实验时，______（填“是”或“否”）需要将带滑轮的长木板右端垫高，以平衡摩擦力。 B．m 远小于 M （3）某同学根据实验数据作出了加速度 a 与力 F 的关系图象如图所示，图线不过坐标原点的原因 C．m 略大于 M 是？ D．m 略小于 M 4.(多选)如图所示是根据探究加速度与力的关系的实验数据描绘的 a－F 图象，下列说法中正确的 参考答案： 有(　　) 例题 1，(1)①　②合理　③否　因为实验的研究对象是整个系统，系统受到的合力就 A．3 条倾斜直线所对应的小车和砝码的质量相同 等于 mg (2)M＋m B．3 条倾斜直线所对应的小车和砝码的质量不同 1.D.2.B 3.B 4.BD C．直线 1 所对应的小车和砝码的质量最大 5.(1)AD　(2)远小于　(3)小于　大于 D．直线 3 所对应的小车和砝码的质量最大 5．某实验小组利用图的装置探究加速度与力、质量的关系． (1)下列做法正确的是 ________ (填字母代号)． 2 3