（江苏专用）高三物理一轮复习 必考部分 第3章 牛顿运动定律 实验3 探究加速度与物体质量、物体受力的关系教师用书-人教高三物理试题

实验三探究加速度与物体质量、物体受力的关系 实验目的1学会用控制变量法研究物理规律2探究加速度与物体质量、物体受力的关系3掌握灵活运用图象处理问题的方法 实验原理保持作用力不变，确定加速度与质量的大小关系；保持质量不变，探究加速度跟合外力的关系；作出a­F图象和a­图象，确定其关系 实验器材小车，砝码，小盘，细线，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，复写纸，托盘天平，米尺 实验过程一、实验步骤1称量质量用天平测量小盘的质量m0和小车的质量M0.2安装器材按照如图实­3­1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)图实­3­13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，反复移动薄木块的位置，直至小车在斜面上运动时可以保持匀速运动状态4让小车靠近打点计时器，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，即为小车所受的合外力，由纸带计算出小车的加速度，并把力和对应的加速度填入表1中5改变小盘内砝码的个数，重复步骤4，并多做几次6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，让小车在木板上滑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，并将所对应的质量和加速度填入表2中7改变小车上砝码的个数，重复步骤6，并多做几次表1实验次数加速度a/(m·s2)小车受力F/N1234表2实验次数加速度a/(m·s2)小车和砝码的总质量M/kg1234二、数据处理1计算加速度先在纸带上标明计数点，测量各计数点间的距离，根据逐差法计算各条纸带对应的加速度2作图象找关系根据记录的各组对应的加速度a与小车所受牵引力F，建立直角坐标系，描点画a­F图象，如果图象是一条过原点的倾斜直线，便证明加速度与作用力成正比再根据记录的各组对应的加速度a与小车和砝码总质量M，建立直角坐标系，描点画a­图象，如果图象是一条过原点的倾斜直线，就证明了加速度与质量成反比 误差来源1测量误差 (1)质量的测量 (2)打点间隔距离的测量2操作误差 (1)拉线或纸带与木板不平行 (2)倾斜角度不当，平衡摩擦力不准3原理误差本实验中用小盘和砝码的总重力代替小车受到的拉力(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 注意事项1平衡摩擦力：在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细绳系在小车上，即不要给小车加任何牵引力，且要让小车拖着纸带匀速运动2不重复平衡摩擦力：整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变小盘和砝码的总质量还是改变小车和砝码的总质量，都不需要重新平衡摩擦力3实验条件：每条纸带都必须在满足小车的质量远大于小盘和砝码的总质量的条件下打出只有如此，小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力4一先一后一按住：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，再放开小车，且应在小车到达定滑轮前按住小车5作图：作图时，两坐标轴的比例要适当，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地分布在所作直线两侧 实验改进本实验中可以用气垫导轨来代替长木板，这样就省去了平衡摩擦力的麻烦，小车的加速度也可以利用传感器来测量，借助于计算机来处理.考向1实验原理与操作某实验小组利用图实­3­2所示的装置探究加速度与力、质量的关系图实­3­2(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(2)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桶及桶内砝码的总质量_木块和木块上砝码的总质量(填“远大于”“远小于”或“近似等于”)(3)甲、乙两同学在同一实验室，各取一套图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，分别得到图实­3­3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(填“大于”“小于”或“等于”)图实­3­3【规范解答】(1)探究加速度与力、质量的关系时，牵引木块的细绳应与长木板平行；平衡摩擦力时应不挂砝码桶；对于打点计时器，应先接通电源，再放开木块；平衡摩擦力后，改变木块上砝码的质量，不需要重新平衡摩擦力选项A、D正确，选项B、C错误(2)对于系统，根据牛顿第二定律，有a，牵引小车的拉力FMa.要使Fmg，则MMm，即要求mM.(3)对于木块，根据牛顿第二定律，得ag，故a­F图象的斜率反映了木块质量的倒数有>，所以m甲<m乙当F0时，ag，即a­F图在a轴上的截距为g，所以甲g<乙g，即甲>乙【答案】(1)AD(2)远小于(3)小于大于考向2数据处理与误差分析用图实­3­4(a)所示的实验装置验证牛顿第二定律：(1)某同学通过实验得到如图(b)所示的a­F图像，造成这一结果的原因是：在平衡摩擦力时木板与水平桌面间的倾角_(填“偏大”或“偏小”)图实­3­4(2)该同学在平衡摩擦力后进行实验，实际小车在运动过程中所受的拉力_砝码和盘的总重力(填“大于”“小于”或“等于”)，为了便于探究、减小误差，应使小车质量M与砝码和盘的总质量m满足_的条件(3)某同学得到如图实­3­5所示的纸带已知打点计时器电源频率为50 Hz.A、B、C、D、E、F、G是纸带上7个连续的点xxDGxAD_ cm.由此可算出小车的加速度a_m/s2.(保留两位有效数字)图实­3­5【规范解答】(1)根据所给的F­a图象可知，当F0时，小车已经有了加速度a0，所以肯定是在平衡摩擦力时木板与水平桌面间的倾角偏大造成的(2)根据牛顿定律，对小车FMa，对砝码和盘mgFma，解得F<mg，只有当Mm时，小车受到的拉力才近似等于mg，从而减少误差(3)由图读出xAD2.10 cm，xDG3.90 cm，所以xxDGxAD1.80 cm，根据xat2，解得a5.0 m/s2.【答案】(1)偏大(2)小于Mm(3)1.805.0考向3实验创新设计(2015·全国卷)某物理小组的同学设计了一个粗测玩具小车通过凹形桥最低点时的速度的实验所用器材有：玩具小车、压力式托盘秤、凹形桥模拟器(圆弧部分的半径为R0.20 m)(a)(b)图实­3­6完成下列填空：(1)将凹形桥模拟器静置于托盘秤上，如图实­3­6(a)所示，托盘秤的示数为1.00 kg；(2)将玩具小车静置于凹形桥模拟器最低点时，托盘秤的示数如图(b)所示，该示数为_kg；(3)将小车从凹形桥模拟器某一位置释放，小车经过最低点后滑向另一侧此过程中托盘秤的最大示数为m；多次从同一位置释放小车，记录各次的m值如下表所示序号12345m(kg)1.801.751.851.751.90(4)根据以上数据，可求出小车经过凹形桥最低点时对桥的压力为_N；小车通过最低点时的速度大小为_m/s.(重力加速度大小取9.80 m/s2，计算结果保留2位有效数字)【规范解答】(2)题图(b)中托盘秤的示数为1.40 kg.(4)小车经过最低点时托盘秤的示数为m kg1.81 kg.小车经过凹形桥最低点时对桥的压力为F(m1.00)g(1.811.00)×9.80 N7.9 N由题意可知小车的质量为m(1.401.00) kg0.40 kg对小车，在最低点时由牛顿第二定律得F mg解得v1.4 m/s.【答案】(2)1.40(4)7.91.4