实验4 探究加速度与物体受力、物体质量的关系.docx

探究加速度与物体受力、物体质量的关系科学按究梳理I实验方案1用阻力补偿法探究加速度与力、质量的关系I实验原理与操作/实验目的探究加速度与力、质量的关系丿实验原理1-保持小车质量不变，通过改变槽码的个数改变小车所受的拉力，探究加速 度与拉力的定量关系2-保持小车所受的拉力不变，通过在小车上增加重物改变小车的质量，探究 加速度与质量的定量关系丿实验器材打点计时器、纸带、复写纸片、小车、一端附有定滑轮的长木板、槽码若干 个）、夹子、细绳、垫木、低压交流电源、导线、天平（带有一套砝码）、刻度尺丿实验步骤1 •称量质量一一用天平测量小车的质量M °2-安装器材一一按照如图所示装置把实验器材安装好，只是不把悬挂槽码的 细绳系在小车上（即不给小车牵引力）3 -补偿阻力——在长木板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直线运动状态4•让小车靠近打点计时器，挂上槽码，先接通电源，再让小车拖着纸带在木 板上匀加速下滑，打出一条纸带计算槽码的重力，即为小车所受的合力，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•改变槽码的质量，重复步骤4,并多做几次。

6.保持槽码的质量不变，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小车上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 小车质量一定拉力F加速度a表2小车所受的拉力一定质量M加速度a数据处理与分析L数据处理1. 计算加速度—先在各条纸带上标明计数点，测量各计数点间的距离，再 根据逐差法计算纸带对应的加速度2•作图像找关系——根据表1中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a-F图像，如果图像是一条过原点的倾斜直线， 便证明加速度与合力成正比再根据表2中记录的各组对应的加速度a与小车和 小车上砝码的总质量M,建立直角坐标系，描点画a-1图像，如果图像是一条M过原点的倾斜直线，就证明了加速度与质量成反比■误差分析1 •因实验原理不完善引起误差以槽码槽码质量为m）为研究对象得mg-F 二ma；以小车和小车上砝码整体（整体质量为M = M0+m砝）为研究对象得F = Ma； 求得 F = M^m mg = m• mg

槽码的质量越小于小车和小车上砝码的总质量，由此引起的误 差就越小因此，满足槽码的质量远小于小车和小车上砝码的总质量的目的就是减小因实验原理不完善而引起的误差2. 阻力补偿不准确造成误差在补偿阻力时，除了不挂槽码之外，其他均应 该与实验测量时的操作一致（比如要挂好纸带、接通打点计时器等），小车匀速运 动的标志是打点计时器打出的纸带上各相邻两点间的距离相等阻力补偿不足或 过度都会引起误差3. 质量的测量、纸带上打点计时器打点间隔距离的测量、细绳或纸带不与木 板平行等都会引起误差4. “验证牛顿第二定律”实验得到的理想a-F图像应是一条过原点的直线， 但由于实验误差影响，常出现如图所示的三种情况（说明见下表）图线特征产生原因①图线的上部弯曲当小车受力F较大时，不满足“槽码的总质量 远小于小车和小车上砝码的总质量”的条件②图线在a轴的截距大于0补偿阻力时长木板的倾角过大，F二0（即不挂槽 码）时小车就具有了加速度③图线在F轴的截距大于0补偿阻力时长木板的倾角过小，或未补偿阻力， 只有当F增加到一定值时，小车才获得加速度■注意事项1. 补偿阻力：在补偿阻力时，不要把悬挂槽码的细绳系在小车上，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. 不重复补偿阻力：补偿了阻力后，不管以后是改变槽码的质量还是改变小 车和小车上砝码的总质量，都不需要重新补偿阻力3. 实验条件：每条纸带都必须在满足小车和小车上砝码的总质量远大于槽码 的质量的条件下打出只有如此，槽码的重力才可视为小车受到的拉力4. —先一后一按住：改变拉力或小车质量后，每次实验开始时小车应尽量靠 近打点计时器，并应先接通电源，后放开小车，且应在小车到达定滑轮前按住小 车5. 作图：作图时，两坐标轴单位长度的比例要适当，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均匀地分布在所作直线两侧实验方案2通过位移之比测量加速度之比将两辆相同的小车放在水平木板上，前端各系一条细线，线的另一端跨过定 滑轮各挂一个小盘，盘中可以放不同的重物把木板一端垫高，参考方案1的方 法补偿阻力的影响两小车后端各系一条细线，用一个物体，例如黑板擦，把两条细线同时按压 在木板上（如图所示）抬起黑板擦，两小车同时开始运动，按下黑板擦，两小车 同时停下来用刻度尺测出两小车移动的位移X］、x2由于两小车运动时间t相 同，从它们的位移之比就可以得出加速度之比 1小车I —运动方向 1 小车 | 一用愿板據控制小车的动与呼在盘中重物相同的情况下，通过增减小车中的重物改变小车的质量。

科学探究特研|考点1教材原型实验例1 “探究加速度与物体受力的关系”的实验装置如图甲所示⑴实验的五个步骤如下:a.将纸带穿过打点计时器并将一端固定在小车上;b.把细线的一端固定在小车上，另一端通过定滑轮与小桶相连;C.补偿阻力，让小车做匀速直线运动;d.接通电源后释放小车，小车在细线拉动下运动，测出小桶(和沙)的重力mg,作为细线对小车的拉力F,利用纸带测量出小车的加速度a；e•更换纸带，改变小桶内沙的质量，重复步骤d的操作按照实验原理，这五个步骤的先后顺序应该为： (将序号排序)2)实验中打出的某一条纸带如图乙所示相邻计数点间的时间间隔是0.1 s,由此可以算出小车运动的加速度是 m/s2o4.24 ' ' 轧心乙(3)利用测得的数据，可得到小车质量M —定时，运动的加速度a和所受拉力 F(F = mg, m为沙和小桶的总质量，g为重力加速度)的关系图像如图丙所示拉 力F较大时，a-F图线明显弯曲，产生误差若不断增加沙桶中沙的质量，a-F 图像中各点连成的曲线将不断延伸，那么加速度a的趋向值为 (用题中出现的物理量表示)为避免上述误差可采取的措施是 oA. 每次增加桶内沙子的质量时，增幅小一点B•测小车的加速度时，利用速度传感器代替纸带和打点计时器C •将无线力传感器捆绑在小车上，再将细线连在力传感器上，用力传感器 读数代替小车所受拉力D.在增加桶内沙子质量的同时，在小车上增加砝码，确保沙和小桶的总质 量始终远小于小车和砝码的总质量［答案］(l)acbde ⑵ 1.46 (3)g C［解析］(1)按照实验原理，题中五个步骤的先后顺序应该为：acbde。

2)根据Ax = aT2可知(8.62 — 4.24)X10-23X0.12m/s2= 1.46 m/s23)实际小车所受拉力F宀＜mg，对小车有F宀二Ma,对沙和小桶有mg-F宀 二ma，联立得a二mg = g ，当m远大于M时，a~g上述误差是由细线拉M + m M+1m力测量不准确造成的，与m增加的快慢和a的测量无关，故A、B错误，C正确； 本实验需要保证小车质量一定，故D错误例2 (2020.北京高考)在“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”实验 中，做如下探究：(1) 为猜想加速度与质量的关系，可利用图1所示装置进行对比实验两小车 放在水平板上，前端通过钩码牵引，后端各系一条细线，用板擦把两条细线按在 桌上，使小车静止抬起板擦，小车同时运动，一段时间后按下板擦，小车同时 停下对比两小车的位移，可知加速度与质量大致成反比关于实验条件，下列 正确的是： (选填选项前的字母)A. 小车质量相同，钩码质量不同B. 小车质量不同，钩码质量相同C. 小车质量不同，钩码质量不同小车 小牟(2) 某同学为了定量验证⑴中得到的初步关系，设计实验并得到小车加速度a 与质量M的7组实验数据，如下表所示。

在图2所示的坐标纸上已经描好了6组数据点，请将余下的一组数据描在坐标纸上，并作出a-M图像次数1234567a/(m・s-2)0.620.560.480.400.320.240.15M/kg0.250.290.330.400.500.711.000.7 -O.fi : '0.5 -0.4 -0.3 10.2 -0.1 -0 2 4 |图2(3) 在探究加速度与力的关系实验之前，需要思考如何测“力”请在图3中 画出小车受力的示意图为了简化“力”的测量，下列说法正确的是： (选填选项前的字母)A •使小车沿倾角合适的斜面运动，小车受力可等效为只受绳的拉力B •若斜面倾角过大，小车所受合力将小于绳的拉力C.无论小车运动的加速度多大，砂和桶的重力都等于绳的拉力D•让小车的运动趋近于匀速运动，砂和桶的重力才近似等于绳的拉力［答案］(1)B (2)图见解析图甲(3)图见解析图乙 A［解析］(1)为猜想加速度与质量的关系，必须控制小车所受拉力相同，而让 小车的质量不同，所以钩码质量相同，故B正确2) 根据表中数据计算出召的值，然后描点作图时，应画一条平滑曲线，使 曲线过尽量多的点，不能落上的点应大致均匀分布的两侧。

a-1图像如 图甲所示0.7O.fi0.50.40.30.2n.il? I 2 1 4 |甲⑶小车受力示意图如图乙所示使小车沿倾角合适的斜面运动，此时小车所受重力沿斜面的分力大小刚好等 于小车所受的摩擦力大小，则小车所受的合力可等效为只受绳的拉力，故A正确； 若斜面倾角过大，则小车的重力沿斜面的分力大于摩擦力，小车所受合力将大于 绳的拉力，故B错误；由牛顿第二定律可知，只要小车加速运动，砂和桶的重力 就大于绳的拉力，故C错误；除让小车的运动趋近于匀速运动外，当小车的质量 远大于砂和桶的质量时，砂和桶的重力也近似等于绳的拉力，故D错误［对点跟进训练］1 •为探究加速度与物体受力、物体质量的关系，实验装置如图1所示:(1) 以下实验操作正确的是 A•补偿阻力时，需将木板不带定滑轮一端适当垫高，使小车在钩码的牵引 下恰好做匀速直线运动B •调节定滑轮的高度，使细线与木板平行C. 补偿好阻力后，将小车停在打点计时器附近，接通电源，释放小车，小 车拖动纸带，打点计时器在纸带上打下一系列点，断开电源D. 实验中为减小误差应保证车及车中砝码的总质量远小于钩码的总质量（2）实验中得到如图2所示的一条纸带（相邻两计数点间还有两个点没有画 出），已知打点计时器频率为50 Hz，根据纸带可求出小车的加速度为 m/s2 （结果保留两位有效数字）。

3）某同学保持小车及车中砝码质量一定，探究加速度a与所受外力F的关系,他在轨道水平及倾斜两种情况下分别做了实验，得到两条a-F图线，如图3所示图线 （填“①”或“②”）是在轨道水平情况下得到的；小车及车中砝码的总质量m二 kg图*(3 X 0。