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1、word版 高中物理第2节实验：探究加速度与力、质量的关系【实验目的】学会用控制变量法探究物理规律全面正确地认识加速度与力、质量的关系【实验原理】1加速度是表示物体运动状态变化快慢的物理量根据事实经验，加速度与物体的质量有关物体受力一定时，质量越小，加速度就越大加速度还与物体受力的大小有关，物体质量一定时，受力越大，其加速度越大2控制变量法：加速度a和质量m、受力F都有关系研究它们之间的关系时，先保持质量不变，测量物体在不同的力的作用下的加速度，分析加速度与力的关系；再保持物体所受的力相同，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这种先控制一个参量不变，研究其余参量之间变
2、化关系，再控制另一个参量不变，研究其余参量之间变化关系的方法叫控制变量法【实验器材】砝码、一端有定滑轮的长木板、细线、纸带、导线、夹子、小盘、天平、小车、打点计时器、交流电源、复写纸、刻度尺【实验步骤】1测质量 用天平测量小盘的质量m0和小车的质量M02安仪器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，使小车在不挂小盘和砝码的情况下，能沿木板做匀速直线运动(直到打点计时器打出的纸带上相邻点的间距相等)4测a、F把小车停在打点计时器处，挂上小盘和砝码，先接通电源，再让小车拖着纸带在木板上匀加速下滑，打出一条纸带计算小盘和砝码的重力，即为小车所
3、受的合外力，由纸带计算出小车的加速度，并把小盘和砝码的重力和对应的加速度记录在表格中5再重复改变小盘内砝码的个数，重复步骤4，并多做几次实验6测a、M保持小盘内的砝码个数不变，在小车上放上砝码改变小车的质量，让小车在木板上运动打出纸带计算砝码和小车的总质量M，并由纸带计算出小车对应的加速度7再重复改变小车上砝码的个数，重复步骤6，所对应的质量和加速度也需记录在表格中【数据处理】1把小车在不同力作用下产生的加速度填在表中.实验次数加速度a/(ms2)小车受力F/N1234实验数据分析：根据记录的数据，作出a F图象，即在图中描点、连线通过连线可知，在误差允许的范围内，所描绘的各点大致分布在同一条
4、过坐标原点的直线上2把不同质量的小车在相同力的作用下产生的加速度填在表中.实验次数加速度a/(ms2)小车质量M/kg1234实验数据分析：根据记录的数据作出力F不变时的a M图象在坐标纸上描点、连线，a M图象如图甲所示，则由图可知当F不变时，M越大，a越小，故F不变时，a与M有可能成反比，由此可知a M图象不易反映出相应规律；若a与M成反比，则a与成正比，故作出F不变时a 的关系图象，如图乙所示3实验结论(1)保持物体质量不变时，物体的加速度a与所受力F成正比(2)在力F不变时，物体的加速度a与质量M成反比【误差分析】1因实验原理不完善造成系统误差实验中用小盘和砝码的总重力代替小车受到的拉
5、力(实际上小车受到的拉力要小于小盘和砝码的总重力)，存在系统误差；小盘和砝码的总质量越接近小车的质量，误差就越大；反之，小盘和砝码的总质量越小于小车的质量，误差就越小2测量、操作不够准确造成偶然误差. (1)质量的测量误差(2)纸带上打点计时器打点间隔距离的测量误差(3)拉线或纸带与木板不平行会造成误差(4)平衡摩擦力不够(或过度)造成的误差，该误差使作出的图线在横轴(或纵轴)上产生截距【注意事项】1平衡摩擦力时不要挂重物，整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变小盘和砝码的质量还是改变小车和砝码的质量，都不需要重新平衡摩擦力2实验中必须满足小车和砝码的总质量远大于小盘和砝码的总质量3改变拉力和
6、小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，再放开小车，且应在小车到达滑轮前按住小车4作图象时，要使尽可能多的点落在所作直线上，不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线两侧自我检测一、对实验原理和步骤的理解1、 用如图所示的装置研究在作用力F一定时，小车的加速度a与小车质量M的关系，某位同学设计的实验步骤如下：A用天平称出小车和小桶及其中所装沙子的质量B按图装好实验器材C把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂沙桶D将电磁打点计时器接在6 V电压的蓄电池上，接通电源，放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，并在纸带上标明小车的质量E保持小桶及其中沙子的质量不变，增加小车上的砝码个
7、数，并记录每次增加后的M值，重复上述实验F分析每条纸带，测量并计算出加速度的值G作a M图象，并由图象确定a M关系(1)该同学漏掉的重要实验步骤是_，该步骤应排在_步骤之后(2)在上述步骤中，有错误的是_，应把_改为_(3)在上述步骤中，处理不恰当的是_，应把_改为_答案：(1)平衡摩擦力B(2)步骤D6 V电压的蓄电池6 V以下交流电源(3)步骤Ga Ma 解析：本题主要考查对实验原理和实验步骤的理解和分析，实验中把小桶及其中沙子的重力看做与小车所受拉力大小相等，没有考虑摩擦力，故必须平衡摩擦力电磁打点计时器接在6 V电压的蓄电池上将无法工作，必须接在6 V以下交流电源上作a M关系图象，
8、得到的是双曲线，很难作出正确的判断，必须“化曲为直”，改作a 图象二、数据处理和误差分析2、在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，利用如图所示的装置(1)本实验采用的实验方法是_A控制变量法B假设法C理想实验法(2)下列说法正确的是()A在探究加速度与质量的关系时，应改变拉力的大小B在探究加速度与外力的关系时，应该改变小车的质量C在探究加速度a与质量m的关系时，为了直观判断二者间的关系，应作出a 图象D当小车的质量远大于托盘和砝码的总质量时，才能近似认为细线对小车的拉力大小等于托盘和砝码的总重力大小(3)某同学测得小车的加速度a和拉力F的数据如下表所示(小车质量保持不变)F/N0.200.
9、300.400.500.60a/(ms2)0.100.200.280.400.52根据表中的数据在下图坐标系上作出a F图象图线不过原点的原因可能是_答案：(1)A(2)CD(3)a F图象见解析未平衡摩擦力或平衡摩擦力不够解析：(1)实验采用了控制变量法，即先保持物体质量不变，研究加速度与合力的关系，再保持物体受到的合力不变，研究加速度与质量的关系(2)探究a与m的关系时，保持F不变，改变m大小；探究a与F的关系时，保持m不变，改变F的大小，故选项A、B错误a 图象为过原点的直线，作出这个图象容易证明a与m成反比，选项C正确只有当小车的质量远大于托盘与砝码的总质量，托盘与砝码的总重力才约等于
10、小车受到的合力，选项D正确(3)作出的a F图象如图所示由a F图象可知，当力F0.1 N时，小车没有动，说明此时小车所受的摩擦力没有完全平衡掉练习1.(多选)用如图所示的装置探究加速度a与力F、质量M的关系，下列说法中正确的是()A连接沙桶和小车的轻绳应和长木板保持平行B将电火花计时器接在6 V的交流电源上，先接通电源，后放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，并在纸带上标明小车质量C在探究a与质量M的关系时，作出a图象能更直观地判断二者间的关系D轻绳对小车的拉力一定等于砝码和沙桶的总重力答案AC解析轻绳只有保持与长木板平行，才能使轻绳上的拉力等于小车所受的合外力，A正确；电火花计时器应接
11、在220 V交流电源上，B错误；作aM图象，图象为一曲线，不易判断a与M的关系，故可作a图象，可得过原点直线，能更直观地判断二者间的关系，C正确；只有小车的质量远大于砝码和沙桶的总质量，才可认为轻绳对小车的拉力等于砝码和沙桶的总重力，实际上轻绳的拉力小于砝码和沙桶的总重力，D错误。2(多选)如图是某些同学根据实验数据画出的图象，下列说法中正确的是()A形成图(甲)的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大B形成图(乙)的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小C形成图(丙)的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大D形成图(丁)的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小答案AD解析(甲)图aF的图象中，当F0时，加速度a0，
12、说明F0时，物体受到的合力已不等于零，即平衡摩擦力时长木板倾角过大，使物体重力沿斜面向下的分力大于摩擦力；(乙)图跟(甲)图的原因是相同的。(丙)、(丁)图是由于平衡摩擦力时倾角过小，而使物体重力沿斜面向下的分力小于摩擦力。所以，选项A、D正确。3(多选)在探究加速度与力、质量的关系的实验中，以下操作正确的是()A平衡摩擦力时，应将重物用细线通过定滑轮系在小车上B平衡摩擦力时，应将纸带连接在小车上并穿过打点计时器C每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力D实验时，应先放开小车，再接通电源答案BC解析在探究a与M、F关系的实验中，为了使细绳对小车的拉力等于小车所受的合力，需要平衡摩擦力，并使细
13、绳与长木板平行。平衡摩擦力的方法是只让小车牵引纸带(撤去重物)，纸带穿过打点计时器，并垫高长木板不带滑轮的一端，接通打点计时器的电源，如果打出的纸带上的点迹分布均匀，则说明小车做匀速运动，故A错误。小车运动中，纸带与打点计时器之间也有摩擦了，这个摩擦力也要平衡的，所以B是正确的。每次改变小车质量时，小车的重力沿斜面分力和摩擦力仍能抵消，不需要重新平衡摩擦力，所以C是正确的。实验时，若先放小车，再接通打点计时器电源，因为小车运动较快，可能会使打出来的点很少，不利于数据的采集和处理，故D错误。4(多选)在探究加速度与力、质量的关系的实验中，关于平衡摩擦力的说法中正确的是()A“平衡摩擦力”的本质就
14、是想法让小车受到的摩擦力为零B“平衡摩擦力”的本质就是使小车所受重力的一个分力与小车所受的摩擦阻力相平衡C“平衡摩擦力”应在小车被砝码盘拉动的过程中进行D“平衡摩擦力”是否成功，可由小车拖动的纸带上的点迹间距是否均匀确定答案BD解析在小车的运动过程中摩擦阻力总是存在的，无法使之为零，选项A错误；平衡摩擦力的实质就是让小车重力的一个分力与摩擦力平衡，选项B正确；平衡摩擦力时不挂小盘，让小车拖动纸带自由运动，调整长木板的倾角，直至所打纸带上的点迹间距均匀为止，选项C错误，D正确。5(多选)如图所示，A、B两条直线是在A、B两地分别用竖直向上的力F拉质量为mA和mB的两个物体得出的加速度a与力F之间的关系图线，分析图线可知()A比较两地的重力加速度，有gAgBB比较两物体的质量，有mAmB答案BC解析两图线与纵轴的交点表示F0时的情形，此时物体做自由落体运动，其加速度为重力加速度，故gAgB，选项A错误，C
