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衔接17：探究加速度与力、质量的关系

一、实验目的
(1)学会用控制变量法探究物理规律。
(2)探究加速度与力、质量的关系。

二、实验原理
控制变量法：在探究加速度与力、质量三者关系时，先让其中一个量保持不变来探究其他两个量之间的关系。
1．探究加速度与力的关系的基本思路
保持物体的质量不变，测量物体在不同力的作用下的加速度，分析加速度与力的关系。
2．探究加速度与质量的关系的基本思路
保持物体所受的力不变，测量不同质量的物体在该力作用下的加速度，分析加速度与质量的关系。
3．实验方案
这个实验中需要测量的物理量有三个：物体的加速度、物体所受的力、物体的质量。质量用天平测量，因此本实验要解决的主要问题是怎样测量加速度和物体所受的力。
(1)怎样测量(或比较)物体的加速度：
在运动物体上安装一条穿过打点计时器的纸带，根据纸带上打出的点来测量加速度。在这个实验中也可以测加速度与其他量之间的比例关系。测量不同情况下(即不同受力、不同质量时)物体加速度的比值就可以了。
由于初速度为零时，a＝2xt2，如果测出这两个初速度为零的匀加速直线运动在相同时间内发生的位移x1、x2，位移之比就等于加速度之比，即a1a2＝x1x2。
(2)怎样提供和测量物体所受的恒力设计的实验装置如图所示。

①对此实验中力的理解：除了在真空中抛出或落下的物体(仅受重力)外，仅受一个力的物体几乎是不存在的。然而，一个单独的力的作用效果与跟它大小、方向都相同的合力的作用效果是相同的，因此，实验中的力F的含义可以是物体所受的合力。
②平衡摩擦力：如图所示，纸带穿过打点计时器。为了消除摩擦力对小车的影响，可将木板无滑轮的一端稍微垫高一些，用小车的重力的分力来抵消它所受到的摩擦力，直到小车不挂重物时能在木板上匀速运动为止。
当挂上重物时，只要重物的质量远小于小车的质量，那么我们可近似认为托盘和砝码所受的重力大小等于小车所受的合力的大小。增减盘中砝码的个数可改变小车所受到的合力。
(3)怎样由实验结果得出结论：
根据实验数据以a为纵坐标、F为横坐标，和以a为纵坐标、1m为横坐标作出图像。如果图像是过原点的直线，则说明加速度与力成正比与质量成反比。
三、实验器材
打点计时器、纸带、复写纸片、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘、砝码、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平(带有一套砝码)、刻度尺。
四、实验步骤
(1)用天平测出小车和重物的质量分别为M0、m0，并把数值记录下来。
(2)按图将实验器材安装好(小车上不系绳)。

(3)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，直到打点计时器正常工作后不挂重物的小车在斜面上做匀速直线运动为止(纸带上相邻点间距相等)。
(4)将重物通过细绳系在小车上，接通电源放开小车，用纸带记录小车的运动情况；取下纸带并在纸带上标上号码及此时所挂重物的重力m0g。
(5)保持小车的质量不变，改变所挂重物的重力，重复步骤4，多做几次实验，每次小车从同一位置释放，并记录好重物的重力m1g、m2g…，以及计算出相应纸带的加速度填入表格1。
表格1　物体的质量一定，加速度与受力的关系

(6)保持托盘中所放重物的质量不变，在小车上加放砝码，并测出小车与所放砝码的总质量M，接通电源，放开小车，用纸带记录小车的运动情况，取下纸带并在纸带上标上号码。
(7)继续在小车上加放砝码，重复步骤6，多做几次实验，在每次得到的纸带上标上号码。
(8)计算出每次实验所得纸带的加速度值及小车与砝码的总质量填入表格2。
表格2　物体受到的外力一定，加速度与质量的关系