探究加速度与力的关系

实验目的

用控制变量法探究质量一定时，物体的加速度与所受合外力的关系。

实验原理

控制小车质量 M 不变，改变钩码质量 m 以改变拉力。将木板一端垫高平衡摩擦力后，小车所受合外力等于细线拉力。当 m 远小于 M 时，拉力近似等于钩码重力 mg。测出各次加速度 a，作 a-F 图像，若为过原点的直线，则 a 与 F 成正比，即 a ∝ F。

实验器材

• 小车
• 带滑轮的长木板
• 钩码
• 细线
• 打点计时器（或位移、光电传感器）
• 天平
• 刻度尺

实验步骤

1. 垫高长木板一端，平衡摩擦力，使小车不挂钩码时能匀速下滑。
2. 用天平测小车质量，保持不变，挂上钩码并记录其重力。
3. 释放小车，用打点计时器或传感器测出加速度 a。
4. 改变钩码个数以改变拉力 F，重复测量，记录多组 F 和 a。
5. 以 F 为横轴、a 为纵轴描点作图，分析图线形状。

实验现象与结论

在小车质量不变、钩码质量远小于小车质量时，a-F 图线是一条过原点的直线。结论：质量一定时，物体的加速度与所受合外力成正比。若钩码质量过大，图线末端会向下弯曲。

注意事项

• 释放小车前先接通电源再放手
• 小车到达滑轮前要及时接住
• 钩码质量要远小于小车质量

常见问题

为什么要平衡摩擦力？

平衡摩擦力后，细线的拉力就等于小车所受的合外力，才能研究加速度与合外力的关系。

为什么钩码质量要远小于小车质量？

这样细线拉力才近似等于钩码重力，否则图线会弯曲，产生系统误差。