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1、过好双基关实验四验证牛顿运动定律回扣基础知识训练基础題目O基本实验要求1. 实验原理(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.1(3) 作出a F图象和a m图象，确定其关系.2. 实验器材小车、砝码、小盘、细绳、一端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) 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：按照如图1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，
2、使小车能匀速下滑(4) 操作：小盘通过细绳绕过定滑轮系于小车上，先接通电源后放开小车，断开电源，取下 纸带编号码.保持小车的质量 m不变，改变小盘和砝码的质量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a F的图象.保持小盘和砝码的质量m不变，改变小车质量m,重复步骤和，作1a丄图象.mO规律方法总结1 .注意事项(1) 平衡摩擦力：适当垫高木板不带定滑轮的一端，使小车的重力沿斜面方向的分力正好平衡 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 穿过打点计时器的纸带匀速运动.(2) 不用重复平衡摩擦力.(3) 实验条件：m? m.
3、(4) 一先一后一按：改变拉力或小车质量后，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) 实验原理不完善：本实验用小盘和砝码的总重力m g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Ax= aT2及逐差法求a.(2) 以a为纵坐标，F为横坐标，描点、画线，如果该线为过原点的直线， 说明a与F成正比.以a为纵坐标，十为横坐标，描点、画线，如果该线为过原点的直线，就能判定a与m
4、成反比.细研老纲和厨趣 占折突破命题点研透命题点命题点一教材原型实验【例1 (2018陕西省宝鸡市一模)某同学利用如图2甲所示装置探究“加速度与力、物体质量的关系”，图中装有砝码的小车放在长木板上，左端拴有一不可伸长的细绳，跨过固定在木 板边缘的滑轮与一砝码盘相连.在砝码盘的牵引下，小车在长木板上做匀加速直线运动，图 乙是该同学做实验时打点计时器在纸带上打出的一些连续的点，该同学测得相邻点之间的距 离分别是X1、X2、X3、X4、X5、X6,打点计时器所接交流电的周期为T小车及车中砝码的总质量为M，砝码盘和盘中砝码的总质量为m，当地重力加速度为 g.纸带运动占向丙图21-1-i卜 1 1咼鬲.
5、(1) 根据以上数据可得小车运动的加速度表达式为a=该同学先探究合外力不变的情况下，加速度与质量的关系，以下说法正确的是A 平衡摩擦力时，要把装有砝码的砝码盘用细绳通过定滑轮系在小车上，把木板不带滑轮 的一端缓慢抬起，反复调节直到纸带上打出的点迹均匀为止B 由于小车受到的摩擦力与自身重力有关，所以每次改变小车质量时，都要重新平衡摩擦C 用天平测出M和m后，小车运动的加速度可以直接用公式a= mg求出D .在改变小车质量 M时，会发现M的值越大，实验的误差就越小每次m,并(3) 该同学接下来探究在质量不变的情况下，加速度与合外力的关系他平衡摩擦力后, 都将小车中的砝码取出一个放在砝码盘中，用天平
6、测得砝码盘及盘中砝码的总质量通过打点计时器打出的纸带求出加速度得到多组数据后，绘出如图丙a F图象，发现图象是一条过坐标原点的倾斜直线.图象中直线的斜率表示(用本实验中可测量的量表示 ).(4)该同学在这个探究实验中采用的物理学思想方法为A 理想化模型法B .控制变量法C .极限法D .比值法X6 + X5 + X4 X3 X2 Xi 答案（1严 543219T21（2）D m+M解析(1)为了减小偶然误差，采用逐差法处理数据，有:2 2 2X6 X3= 3aiT , X5 X2 = 3a2T , X4 Xi = 3a3T ,为了更加准确的求解加速度，对三个加速度取平均值得:1a= 3（ai+
7、 a2 + a3）解得:X6+ X5+ X4 X3 X2 Xi a =29T(2) 在该实验中，我们认为细绳的拉力就等于小车所受的合外力，故在平衡摩擦力时，细绳的 另一端不能悬挂装砝码的砝码盘，故A错误；由于平衡摩擦力之后有Mgsin 0=卩Mgos 0,故tan 0=卩所以无论小车的质量是否改变，小车所受的滑动摩擦力都等于小车的重力沿斜面 的分力，改变小车质量时不需要重新平衡摩擦力，故B错误；小车运动的加速度通过纸带求出，不能通过a=mg求出，故C错误；本实验中，只有满足砝码盘和砝码的总质量远小于小 车质量M时，才近似认为细绳拉力等于小车所受的合外力，所以在改变小车质量M时，会发现M的值越大
8、，实验的误差就越小，故D正确.对砝码盘和砝码： m g F = m a对小车及车中砝码： F = (M + m m )a联立得：m g= (M + m)a认为小车及车中砝码所受合力F = m g所以 f = (M + m)aF1即a=, aF图象是过坐标原点的倾斜直线，直线的斜率表示M + mM + m(4) 该实验采用控制变量法.变式1】(2018广东省深圳市高级中学月考 )某组同学设计了 “探究加速度a与物体所受合力F及质量m的关系”实验如图 3甲为实验装置简图， A为小车，B为电火花计时器，C为 装有细砂的小桶，D为一端带有定滑轮的长方形木板，实验中认为细绳对小车的拉力F等于细砂和小桶的
9、总重力，小车运动的加速度 a可用纸带上打出的点求得.丄C甲A HCDE -+ H6.19 6-707.217.72 单位:cm如图乙为某次实验得到的纸带，已知实验所用电源的频率为50 Hz根据纸带可求出电火花计时器打B点时的速度为 m/s，小车的加速度大小为 mS2 (结果均保留两位有效数字)(2) 在“探究加速度 a与质量m的关系”时，某同学按照自己的方案将实验数据都在坐标系中 进行了标注，但尚未完成图象 (如图丙所示)请继续帮助该同学作出坐标系中的图象.(3) 在“探究加速度 a与合力F的关系”时，该同学根据实验数据作出了加速度a与合力F的图线如图丁所示，该图线不通过坐标原点，试分析图线不
10、通过坐标原点的原因：答案(1)1.63.2(2)见解析图 (3)实验前没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够解析 B点的瞬时速度为:AB+ BC4T6.19 + 6.70 X 104 X 0.022m/s1.6 m/ s,由逐差法求解小车的加速度,CD + DE AB + BC4 X (2T 27.21 + 7.72 6.19 6.704X (0.04 22X 10m/s3.2 m/ s2(2)根据描点法作出图象，如图所示:科 m-s_)LVJ Jrn trri1-ui rllII-I : 一rim(3) 图线不通过坐标原点，F不为零时，加速度仍为零，则实验前没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不够.命题点二
11、教材实验创新实验装置图创新/改进点1实验方案的改进：系统总质量不变化，改变 拉力得到若干组数据2用传感器记录小车的时间 t与位移x,直接绘 制x-1图象3利用牛顿第二定律求解实验中的某些参量， 确定某些规律位制匕躺箱|农躬器|阳探港器（接收粘4U11用传感器与计算机相连，直接得出小车的加速度2图象法处理数据时，用钩码的质量m代替合力F，即用am图象代替a-F图象光电门比肚门1用光电门代替打点计时器，遮光条结合光电 门测得物块的初速度和末速度，由运动学公式 求出加速度2结合牛顿第二定律，该装置可以测出动摩擦 因数弹簧测力计测量小车所受的拉力，钩码的质量不需要远小于小车质量，更无需测钩码的质量L1
12、1呀钩码i气垫导轨代替长木板，无需平衡摩擦力2力传感器测量滑块所受的拉力，钩码的质量 不需要远小于滑块质量，更无需测钩码的质量3用光电门代替打点计时器，遮光条结合光电 门测得滑块的末速度，由刻度尺读出遮光条中 心初始位置与光电门之间的距离，由运动学公 式求出加速度【例2】（2016全国卷川23）某物理课外小组利用图4中的装置探究物体加速度与其所受合外力之间的关系图中，置于实验台上的长木板水平放置，其右端固定一轻滑轮；轻绳跨过滑轮，一端与放在木板上的小滑车相连，另一端可悬挂钩码本实验中可用的钩码共有N= 5个，每个质量均为 0.010 kg.实验步骤如下：图4(1) 将5个钩码全部放入小车中，在长木板左下方垫上适当厚度的小物块，使小车(和钩码)可以在木板上匀速下滑.(2) 将n(依次取n = 1,2,3,4,5)个钩码挂在轻绳右端，其余N n个钩码仍留在小车内；用手按住小车并使轻绳与木板平行.释放小车，同时用传感器记录小车在时刻t相对于其起始位置的位移s,绘制s t图象，经数据处理后可得到相应的加速度a.(3) 对应于不同的n的a值见下表.n= 2时的s t图象如图5所示；由图求出此时小车的加 速度(保留2位有效数字)，将结果填入下表利用表中的数据在图6中补齐数据点，并作出a n图象从图象可以看出：当物体质量一定时，物体的加速度与其所受的合外力成正比.I
