菊座理化实验室 物理 · 必修第一册

探究加速度与力、质量的关系

保持质量不变,改拉力,看 a-F 图线 · 运动和力的关系

加速度 0.0m/s²
拉力 0.0N
状态 未放

公式值,不是实测

水平木板上的小车与钩码,右侧是 a-F 坐标图,还没有描点。

先猜钩码越多,小车的加速度会怎样?

先选一个,再看结论和实验。

结论变大。质量不变,拉力越大,加速度越大。

第 1 镜 · 装钩码 木板上放着小车,细线跨过滑轮挂 2 个钩码,右边的 a-F 图还是空的。

第 1 / 5 镜 · 尚未播放
改变条件
钩码个数
只换钩码个数,小车质量固定 0.5 kg

选钩码个数,然后点播放,看加速度和拉力怎样连成一条直线。

要点 · 记忆点

运动和力的关系
记住这句

质量不变时,加速度与拉力成正比;拉力不变时,加速度与质量成反比。

控制变量法

加速度同时受拉力和质量影响。一次只改一个量,才分得清加速度的变化是谁引起的。

a-F 图线过原点

拉力为零,加速度也为零。三个点和原点排成一条直线,斜率就是 1/m,本页是 2.0。

一个钩码 1.0 m/s²

一个钩码 50 g,拉力 0.5 N,加速度 1.0 m/s²。三个钩码 1.5 N,加速度 3.0 m/s²,a/F 都是 2.0。

先垫高木板

重力沿木板向下的分力抵消摩擦,小车受到的合外力才近似等于细线拉力。这一步叫平衡摩擦力。

易错钩码也在加速下落,细线拉力比钩码重力略小。本页把两者当成相等,是理想化处理,真实实验里钩码要远比小车轻。

观察什么

小车

2 个钩码时,小车在木板上越走越快,同样的时间里走的距离一段比一段长。

图线

三个点和原点连成一条直线,拉力 0.5、1.0、1.5 N 对应加速度 1.0、2.0、3.0 m/s²。

换钩码

1 个和 3 个钩码的点都落在这条直线上,a 与 F 的比值一直是 2.0。

这个实验在说明什么

这一页保持小车质量不变,只改拉力,看加速度跟拉力是不是成正比。它把「力越大,速度变化越快」这句话变成一个能画成直线的量。

钩码从 1 个加到 3 个,拉力 0.5、1.0、1.5 N,小车质量固定 0.5 kg;木板先垫高,用重力沿木板向下的分力抵消摩擦,小车受的合外力才近似等于细线拉力。

图线过原点、斜率 1/m 都是理想化的结果:钩码也在加速下落,细线拉力比钩码重力略小,这里把两者当成相等。a 与 F 的比值一直是 2.0,靠的是一次只改一个量。

钩码每个 50 g、g 取 10 N/kg、小车 0.5 kg 是设定值;拉力按 F = nmg 算出,加速度按 a = F/m 算出,是公式值,不是实测。忽略摩擦和细线质量。教材:人教社电子课本 · 物理必修第一册。

讲给家长听

合上这一页,说说加速度跟拉力、质量各是什么关系。

卡住了?看一眼

质量不变时加速度与拉力成正比;拉力不变时加速度与质量成反比。