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1、实验三实验三 探究加速度与物体质量、物体受力的关系探究加速度与物体质量、物体受力的关系考纲解读 1.学会用控制变量法研究物理规律.2.学会灵活运用图象法处理物理问题的方法.3.探究加速度与力、质量的关系，并验证牛顿第二定律基本实验要求规律方法总结1实验原理(见实验原理图)(1)保持质量不变，探究加速度跟合外力的关系(2)保持合外力不变，探究加速度与质量的关系(3)作出 aF 图象和 a 图象，确定其1m关系2实验器材小车、砝码、小盘、细绳、附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、低压交流电源、导线两根、纸带、天平、米尺3实验步骤1注意事项(1)平衡摩擦力：适当垫高木板的右端，使小车的重力沿斜面方
2、向的分力正好平衡小车和纸带受到的阻力在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细绳系在小车上，让小车拉着打点的纸带匀速运动(2)不重复平衡摩擦力(3)实验条件：mm.(4)一先一后一按：改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，后释放小车，且应在小车到达滑轮前按住小车2误差分析(1)测量：用天平测量小盘和砝码的质量m和小车的质量 m.(2)安装：按照如实验原理图所示装置把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细绳系在小车上(即不给小车牵引力)(3)平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块，使小车能匀速下滑(4)操作：小盘通过细绳绕过滑轮系于小车上，先通电源后放
3、开小车，取下纸带编号码保持小车的质量 m 不变，改变砝码和小盘的质量 m，重复步骤.在每条纸带上选取一段比较理想的部分，测加速度 a.描点作图，作 aF 的图象保持砝码和小盘的质量 m不变，改变小 车质量 m，重复步骤和，作 a 图1m象(1)因实验原理不完善引起的误差：本实验用小盘和砝码的总重力 mg 代替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力(2)摩擦力平衡不准确、质量测量不准确、计数点间距测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差3数据处理(1)利用 xaT2及逐差法求 a.(2)以 a 为纵坐标，F 为横坐标，根据各组数据描点，如果这些点在一条过原点的直线上
4、，说明 a 与 F 成正比(3)以 a 为纵坐标， 为横坐标，描点、1m连线，如果该线过原点，就能判定 a 与 m成反比.考点一 对实验原理与注意事项的考查例 1 (2013天津9(2)某实验小组利用图 1 所示的装置探究加速度与力、质量的关系图 1下列做法正确的是_(填字母代号)A调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行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C实验时，先放开木块再接通打点计时器的电源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
5、桶及桶内砝码的总质量_木块和木块上砝码的总质量(选填“远大于” 、 “远小于”或“近似等于”)图 2甲、乙两同学在同一实验室，各取一套图 2 所示的装置放在水平桌面上，木块上均不放砝码，在没有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9 中甲、乙两条直线设甲、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 甲、乙，由图可知，m甲_m乙，甲_乙(选填“大于” 、 “小于”或“等于”)解析 在探究加速度与力、质量的关系的实验中，平衡摩擦力时木块不通过定滑轮挂砝码桶，而要挂纸带，并且改变质量时不需要重新平衡摩擦力；在实验时应先接通电源再放开木块，故
6、选项 A、D 均正确，B、C 均错误选木块和木块上砝码(设总质量为 M)、砝码桶及桶内的砝码(设总质量为 m)为研究对象，则 mg(Mm)a选砝码桶及桶内的砝码为研究对象则 mgFTma联立解得：FTmgm2gMm要使 FTmg，需要 0，即 Mmm2gMm对质量为 m 的木块由牛顿第二定律得：Fmgma即 a Fg.1m上式与题图结合可知：，甲g乙g.1m甲1m乙即：m甲m乙，甲乙答案 AD 远小于 小于 大于考点二 对实验步骤和数据处理的考查例 2 在用如图 3 所示装置探究“加速度与物体质量、物体受力关系”的实验中图 3(1)为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，先调节长木板一端滑
7、轮的高度，使细线与长木板平行，接下来还需要进行的一项操作是( )A将长木板水平放置，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，给打点计时器通电，调节砝码盘和砝码质量的大小，使小车在砝码盘和砝码的牵引下运动，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动B将长木板的一端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，撤去砝码盘和砝码，给打点计时器通电，轻推小车，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动C将长木板的一端垫起适当的高度，撤去纸带以及砝码盘和砝码，轻推小车，观察判断小车是否做匀速运动(2)图 4 是实验时打出的一条纸带，在纸带上标出了 5 个计数点，在相邻的两个计数点之间还有 4 个点未标出(图中数据的单
8、位是 cm)，算出小车的加速度 a_ m/s2.(结果保留两位有效数字)图 4(3)某同学在“探究加速度与质量关系”时，通过给小车增加砝码来改变小车的质量M，得到小车的加速度 a 与质量 M 的数据，画出 a图线后，发现：当较大时，1M1M图线发生弯曲于是，该同学对实验方案进行了进一步地修正，避免了图线的末端发生弯曲的现象那么，该同学的修正方案可能是( )A改画 a 与的关系图线1MmB改画 a 与 Mm 的关系图线C改画 a 与的关系图线mMD改画 a 与的关系图线1Mm2答案 (1)B (2)0.34 (3)A创新实验设计例 3 某实验小组在“探究加速度与物体受力的关系”实验中，设计出如下
9、的实验方案，其实验装置如图 5 所示已知小车质量 M214.6 g，砝码盘质量 m07.8 g，所使用的打点计时器交流电频率 f50 Hz.其实验步骤是：图 5A按图中所示安装好实验装置；B调节长木板的倾角，轻推小车后，使小车能沿长木板向下做匀速运动；C取下细绳和砝码盘，记下砝码盘中砝码的质量 m；D将小车置于打点计时器旁，先接通电源，再放开小车，打出一条纸带，由纸带求得小车的加速度 a；E重新挂上细绳和砝码盘，改变砝码盘中砝码的质量，重复 BD 步骤，求得小车在不同合外力 F 作用下的加速度回答下列问题：(1)按上述方案做实验，是否要求砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量？_(填“是”或“否
10、”)(2)实验中打出的其中一条纸带如图 6 所示，由该纸带可求得小车的加速度a_ m/s2.图 6(3)某同学将有关测量数据填入他所设计的表格中，如下表，次数12345砝码盘中砝码的重力 F/N0.100.200.290.390.49小车的加速度a/(ms2)0.881.441.842.382.89他根据表中的数据画出 aF 图象(如图 7)造成图线不过坐标原点的一条最主要原因是_，从该图线延长线与横轴的交点可求出的物理量是_，其大小为_图 7答案 (1)否 (2)0.88 (3)在计算小车所受的合外力时未计入砝码盘的重力(只要涉及“未考虑砝码质量的因素”就算正确) 砝码盘的重力 0.08 N
11、解析 (1)取下砝码盘后，小车加速运动时所受的合外力即为砝码和砝码盘的总重力，而实验中的研究对象是小车，因此，实验中不必使砝码及砝码盘的质量远小于小车的质量(2)a102 m/s20.88 m/s2.8.647.756.876.004 0.12(3)实验中本应有(m0m)gMa，由于实验中未计入砝码盘质量 m0，测得的图象与真实图象相比沿 F 轴左移 m0g，图象将不过原点由图象及上述分析可知，m0g0.08 N.14.物理实验思想方法之近似法、控制变量法、平衡摩擦力法和化曲为直法1近似法：在探究加速度与力、质量的关系实验中，近似法是指绳对小车的拉力近似等于绳另一端连接的小盘和砝码的总重力，近
12、似法要在小盘和砝码的总重力远小于小车的重力的情况下才能用2控制变量法：控制变量法是指分别研究加速度与力、加速度与质量关系时用到的方法，在实验中的具体体现是：研究加速度与力的关系时，保持小车质量不变；研究加速度与质量的关系时，保持小盘和砝码的总重力不变3平衡摩擦力法：平衡摩擦力法是指通过调整斜面倾角，让小车重力沿斜面的分力与摩擦力抵消，使小车受到的合外力等于绳对小车的拉力，体现在实验中是让小车不挂小盘时能在斜面上匀速运动4化曲为直法：化曲为直法是指处理数据时，不作 am 图象而作 a 图象，反映在图1m象中就是把原来的曲线变成倾斜的直线例 4 如图 8 所示是某同学设计的“探究加速度 a 与力
13、F、质量 m 的关系”的实验装置图，实验中认为细绳对小车拉力 F 等于砂和砂桶总重力，小车运动的加速度可由纸带求得图 8(1)关于该同学对于该实验的认识，下列说法中正确的是( )A该实验应用了等效替代的思想方法B该实验应用了控制变量的思想方法C实验时应先释放小车后接通电源D实验中认为细绳对小车拉力 F 等于砂和砂桶总重力，其前提必须保证砂和砂桶的总质量远远大于小车的质量(2)如图 9 所示是该同学在某次实验中利用打点计时器打出的一条纸带，A、B、C、D、E、F 是该同学在纸带上选取的六个计数点，其中计数点间还有若干个点未标出，设相邻两个计数点间的时间间隔为 T.该同学用刻度尺测出 AC 间的距
14、离为x1，BD 间的距离为 x2，则打 B 点时小车运动的速度 vB_，小车运动的加速度 a_.图 9(3)某实验小组在实验时保持砂和砂桶的总质量不变，改变小车质量 m，分别得到小车加速度 a 与质量 m 及对应的 数据如表中所示根据表中数据，在图 10 坐标纸中作出1mF 不变时 a 与 的图象.1m次数123456小车加速度a/(ms2)1.721.491.251.000.750.50小车质量 m/kg0.290.330.400.500.711.00/kg11m3.503.002.502.001.401.00图 10解析 (1)本实验应用了控制变量法，故 A 错，B 对实验时应先接通电源，
15、再放开小车，C 错D 项中砂和砂桶的总质量应远远小于小车的质量(2)vB，由逐差法x12Tx2x12aT2，则 a.x2x12T2(3)如图答案 (1)B (2) (3)见解析图x12Tx2x12T21用如图 11 所示装置探究影响加速度的因素，提供的器材有长木板、铁架台、米尺、计时仪器、小车(可视为质点)、砝码等，进行以下探究活动：图 11(1)探究加速度与质量的关系测量木板长度 l，将木板一端放在铁架台的支架上让小车从静止开始由顶端滑到底端，测出下滑时间 t，则小车运动的加速度可表示为a_.保持木板倾角不变，向小车内加入砝码，再使其从静止开始由顶端滑到底端，测出下滑时间 t.在实验误差允许范围内小车两次下滑的加速度 a 与 a的关系为 a_a(填“” 、“”或“”)据此能否得出加速度与质量的关系？_(填“能”或“不能”)(2)探究加速度与合外力的关系若不计摩擦，小车质量为 M，木板长度为 l，木板两端高度差为 h，重力
