實驗四探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系（14頁含解析） (3)

1、實驗四探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系考綱解讀 1.學(xué)會用控制變量法研究物理規(guī)律.2.學(xué)會靈活運用圖象法處理物理問題的方法.3.探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系，并驗證牛頓第二定律基本實驗要求1實驗原理(見實驗原理圖)(1)保持質(zhì)量不變，探究加速度跟合外力的關(guān)系(2)保持合外力不變，確定加速度與質(zhì)量的關(guān)系(3)作出aF圖象和a圖象，確定其關(guān)系2實驗器材小車、砝碼、小盤、細繩、附有定滑輪的長木板、墊木、打點計時器、低壓交流電源、導(dǎo)線兩根、紙帶、天平、米尺3實驗步驟(1)用天平測出小車和盛有砝碼的小盤的質(zhì)量m和m，把數(shù)據(jù)記錄在表格中(2)把實驗器材安裝好，平衡摩擦力(3)在小盤里放入適量的砝碼，把砝碼和小盤的

2、質(zhì)量m記錄在表格中(4)保持小車的質(zhì)量不變，改變砝碼的質(zhì)量，按上面步驟再做5次實驗(5)算出每條紙帶對應(yīng)的加速度的值并記錄在表格中(6)用縱坐標表示加速度a，橫坐標表示合外力，即砝碼和小盤的總重力mg，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)在坐標平面上描出相應(yīng)的點，作圖線(7)用縱坐標表示加速度a，橫坐標表示小車質(zhì)量的倒數(shù)，在坐標系中根據(jù)實驗數(shù)據(jù)描出相應(yīng)的點并作圖線規(guī)律方法總結(jié)1注意事項(1)平衡摩擦力：適當墊高木板的右端，使小車的重力沿斜面方向的分力正好平衡小車受到的阻力在平衡摩擦力時，不要把懸掛小盤的細繩系在小車上，讓小車拉著打點的紙帶勻速運動(2)不重復(fù)平衡摩擦力(3)實驗條件：mm.(4)一先一后一按：改變拉力

3、和小車質(zhì)量后，每次開始時小車應(yīng)盡量靠近打點計時器，并應(yīng)先接通電源，再釋放小車，且應(yīng)在小車到達滑輪前按住小車2誤差分析(1)因?qū)嶒炘聿煌晟埔鸬恼`差：本實驗用小盤和砝碼的總重力mg代替小車的拉力，而實際上小車所受的拉力要小于小盤和砝碼的總重力(2)摩擦力平衡不準確、質(zhì)量測量不準確、計數(shù)點間距測量不準確、紙帶和細繩不嚴格與木板平行都會引起誤差3數(shù)據(jù)處理(1)利用xaT2及逐差法求a.(2)以a為縱坐標，F(xiàn)為橫坐標，根據(jù)各組數(shù)據(jù)描點，如果這些點在一條過原點的直線上，說明a與F成正比(3)以a為縱坐標，為橫坐標，描點、連線，如果該線過原點，就能判定a與m成反比.考點一對實驗原理和誤差分析的考查例1用

4、如圖1所示裝置做“探究物體的加速度跟力的關(guān)系”的實驗實驗時保持小車的質(zhì)量不變，用鉤碼所受的重力作為小車受到的合力，用打點計時器和小車后端拖動的紙帶測出小車運動的加速度圖1(1)實驗時先不掛鉤碼，反復(fù)調(diào)整墊木的左右位置，直到小車做勻速直線運動，這樣做的目的是_(2)圖2為實驗中打出的一條紙帶的一部分，從比較清晰的點跡起，在紙帶上標出了連續(xù)的5個計數(shù)點A、B、C、D、E，相鄰兩個計數(shù)點之間都有4個點跡沒有標出，測出各計數(shù)點到A點之間的距離，如圖所示已知打點計時器接在頻率為50 Hz的交流電源兩端，則此次實驗中小車運動的加速度的測量值a_ m/s2.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)圖2(3)實驗時改變所掛鉤

5、碼的質(zhì)量，分別測量小車在不同外力作用下的加速度根據(jù)測得的多組數(shù)據(jù)畫出aF關(guān)系圖線，如圖3所示此圖線的AB段明顯偏離直線，造成此現(xiàn)象的主要原因可能是_(選填下列選項的序號) 圖3A小車與平面軌道之間存在摩擦B平面軌道傾斜角度過大C所掛鉤碼的總質(zhì)量過大D所用小車的質(zhì)量過大解析(1)使平面軌道的右端墊起，讓小車重力沿斜面方向的分力與它受的摩擦阻力平衡，才能認為在實驗中小車受的合外力就是鉤碼的拉力，所以這樣做的目的是平衡小車運動中所受的摩擦阻力(2)由xaT2和逐差法可知a m/s21.0 m/s2(3)在實驗中認為細繩的張力F就是鉤碼的重力mg實際上，細繩張力FMa，mgFma即FmgamgF所以當

6、拉力F變大時，m必定變大，必定減小當Mm時，aF圖象為直線，當不滿足Mm時，便有aF圖象的斜率逐漸變小，選項C正確答案(1)平衡小車運動中所受的摩擦阻力(2)1.0 (3)C考點二對實驗步驟和數(shù)據(jù)處理的考查例2(2012全國23)圖4為驗證牛頓第二定律的實驗裝置示意圖圖中打點計時器的電源為50 Hz的交流電源，打點的時間間隔用t表示在小車質(zhì)量未知的情況下，某同學(xué)設(shè)計了一種方法用來探究“在外力一定的條件下，物體的加速度與其質(zhì)量間的關(guān)系”圖4(1)完成下列實驗步驟中的填空平衡小車所受的阻力：小吊盤中不放物塊，調(diào)整木板右端的高度，用手輕撥小車，直到打點計時器打出一系列_的點按住小車，在小吊盤中放入適

7、當質(zhì)量的物塊，在小車中放入砝碼打開打點計時器電源，釋放小車，獲得帶有點列的紙帶，在紙帶上標出小車中砝碼的質(zhì)量m.按住小車，改變小車中砝碼的質(zhì)量，重復(fù)步驟.在每條紙帶上清晰的部分，每5個間隔標注一個計數(shù)點測量相鄰計數(shù)點的間距s1、s2、.求出與不同m相對應(yīng)的加速度a.以砝碼的質(zhì)量m為橫坐標，為縱坐標，在坐標紙上作出m關(guān)系圖線若加速度與小車和砝碼的總質(zhì)量成反比，則與m應(yīng)成_關(guān)系(填“線性”或“非線性”)(2)完成下列填空：(i)本實驗中，為了保證在改變小車中砝碼的質(zhì)量時，小車所受的拉力近似不變，小吊盤和盤中物塊的質(zhì)量之和應(yīng)滿足的條件是_(ii)設(shè)紙帶上三個相鄰計數(shù)點的間距為s1、s2和s3.a可用

8、s1、s3和t表示為a_.圖5為用米尺測量某一紙帶上的s1、s3的情況，由圖可讀出s1_mm，s3_mm，由此求得加速度的大小a_m/s2.圖5(iii)圖6為所得實驗圖線的示意圖設(shè)圖中直線的斜率為k，在縱軸上的截距為b，若牛頓定律成立，則小車受到的拉力為_，小車的質(zhì)量為_ 圖6解析(1)平衡小車阻力后，小車可做勻速直線運動，所以打出的點是等間距的；設(shè)小車質(zhì)量為M，由于加速度與小車和砝碼的總質(zhì)量成反比，則有a(k為常數(shù))，變形得，由于k、M不變，故與m為線性關(guān)系(2)(i)根據(jù)牛頓第二定律，對小吊盤和盤中物塊：m0gFm0a，對小車：FMa所以Fm0gm0g，當m0M時Fm0g，所以要保證小車

9、和車中砝碼所受的拉力近似不變，小吊盤和盤中物塊的質(zhì)量之和m0要遠小于小車和車中砝碼的總質(zhì)量M.(ii)由運動學(xué)推論smsn(mn)aT2可得s3s12aT2本題中T5t，所以a從刻度尺可讀出s136.6 mm12.4 mm24.2 mm，s3120.0 mm72.7 mm47.3 mm代入上述公式求得a1.16 m/s2(iii)設(shè)小車質(zhì)量為M，拉力為F，則有F(Mm)a.m，由題可知k，b故F，MbF.答案(1)等間距線性(2)(i)遠小于小車和砝碼的總質(zhì)量(填“遠小于小車的質(zhì)量”同樣給分)(ii)24.2(答案范圍在23.924.5之間均給分)473(答案范圍在47.047.6之間均給分)

10、116(答案范圍在1.131.19之間均給分)(iii)例3某探究學(xué)習(xí)小組的同學(xué)要驗證“牛頓第二定律”，他們在實驗室組裝了一套如圖7所示的裝置，水平軌道上安裝兩個光電門，小車上固定有力傳感器和擋光板，細線一端與力傳感器連接，另一端跨過定滑輪掛上砝碼盤實驗首先保持軌道水平，通過調(diào)整砝碼盤里砝碼的質(zhì)量讓小車做勻速運動以實現(xiàn)平衡摩擦力，再進行后面的操作，并在實驗中獲得以下測量數(shù)據(jù)：小車、力傳感器和擋光板的總質(zhì)量M，平衡摩擦力時砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量m0，擋光板的寬度d，光電門1和2的中心距離s.圖7(1)該實驗是否需要滿足砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量遠小于車的質(zhì)量？_(填“需要”或“不需要”)(2)實驗需用游

11、標卡尺測量擋光板的寬度d，如圖8所示，d_ mm.圖8(3)某次實驗過程：力傳感器的讀數(shù)為F，小車通過光電門1和2的擋光時間分別為t1、t2(小車通過光電門2后，砝碼盤才落地)，已知重力加速度為g，則該實驗要驗證的表達式是_解析(1)由于實驗裝置圖中已給出了力傳感器，所以不需要滿足m0M車(2)d5 mm0.0510 mm5.50 mm.(3)小車在光電門1處的速度為v1，在光電門2處的速度為v2，所以根據(jù)vv2as，可得：a由FMa可知FM答案(1)不需要(2)5.50(3)FM15近似法、控制變量法、平衡摩擦力法和化曲為直法 1近似法：在探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實驗中，近似法是指繩對小車

12、的拉力近似等于繩另一端連接的小盤和砝碼的總重力，近似法要在小盤和砝碼的總重力遠小于小車的重力的情況下才能用2控制變量法：控制變量法是指分別研究加速度與力、加速度與質(zhì)量關(guān)系時用到的方法，在實驗中的具體體現(xiàn)是：研究加速度與力的關(guān)系時，保持小車質(zhì)量不變；研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系時，保持小盤和砝碼的總重力不變3平衡摩擦力法：平衡摩擦力法是指通過調(diào)整斜面傾角，讓小車重力沿斜面的分力與摩擦力抵消，使小車受到的合外力等于繩對小車的拉力，體現(xiàn)在實驗中是讓小車不掛小盤時能在斜面上勻速運動4化曲為直法：化曲為直法是指處理數(shù)據(jù)時，不作am圖象而作a圖象，反映在圖象中就是把原來的曲線變成傾斜的直線例4某同學(xué)設(shè)計了一個“

13、探究加速度a與物體所受合力F及質(zhì)量m的關(guān)系”實驗如圖9為實驗裝置簡圖，A為小車，B為電火花計時器(其接50 Hz的交流電)，C為裝有砝碼的小盤，D為一端帶有定滑輪的長方形木板，實驗中認為細繩對小車的拉力F等于砝碼和小盤的總重力，小車運動的 圖9加速度a可用紙帶上的打點求得(1)圖10為某次實驗得到的紙帶，根據(jù)紙帶可求出小車的加速度大小為_ m/s2.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)圖10(2)在“探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系”時，保持砝碼和小盤質(zhì)量不變，改變小車質(zhì)量m，分別得到小車加速度a與質(zhì)量m的數(shù)據(jù)如下表：實驗次數(shù)123456789小車加速度a/(ms2)1.981.721.481.251.000.75

14、0.480.500.30小車質(zhì)量m/kg0.250.290.330.400.500.710.751.001.67根據(jù)上表數(shù)據(jù)，為直觀反映F不變時a與m的關(guān)系，請在圖11的方格坐標紙中選擇恰當物理量建立坐標系，并作出圖線(如有需要，可利用上表中的空格數(shù)據(jù))圖11(3)在“探究加速度與力的關(guān)系”時，保持小車的質(zhì)量不變，改變小盤中砝碼的質(zhì)量，該同學(xué)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出了加速度a與合力F的關(guān)系圖線如圖12所示，該圖線不通過坐標原點，試分析圖線不通過坐標原點的原因圖12答：_.解析(1)根據(jù)逐差法有a m/s23.2 m/s2.(2)從表中數(shù)據(jù)可以看出，保持砝碼和小盤質(zhì)量不變，隨著小車質(zhì)量的增大，加速度逐漸

15、減小在空格中算出的值，如下表所示.實驗次數(shù)123456789小車加速度a/(ms2)1.981.721.481.251.000.750.480.500.30小車質(zhì)量m/kg0.250.290.330.400.500.710.751.001.67小車質(zhì)量的倒數(shù)/kg14.003.453.032.502.001.411.331.000.60以橫坐標表示，以縱坐標表示加速度a，描點，可以看到多數(shù)點在一條直線上，只有(1.33,0.48)偏離直線較遠，舍去此點，作出圖象如圖所示(3)aF圖象在橫軸上有截距，說明實驗前未平衡摩擦力或平衡摩擦力不充分答案(1)3.2(2)見解析圖(3)實驗前未平衡摩擦力或

16、平衡摩擦力不充分1在利用打點計時器和小車來做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗時，下列說法中正確的是()A平衡摩擦力時，應(yīng)將砝碼盤及盤內(nèi)砝碼通過定滑輪拴在小車上B連接砝碼盤和小車的細繩應(yīng)跟長木板保持平行C平衡摩擦力后，長木板的位置不能移動D小車釋放前應(yīng)靠近打點計時器，且應(yīng)先接通電源再釋放小車答案BCD解析選項A中平衡摩擦力時，不能將砝碼盤及盤內(nèi)砝碼通過細繩拴在小車上，A錯；選項B、C、D符合正確的操作方法，B、C、D對2如圖13所示為“探究加速度與物體受力和質(zhì)量的關(guān)系”實驗裝置圖圖中A為小車，B為裝有砝碼的小盤，C為一端帶有定滑輪的長木板，小車通過紙帶與電火花打點計時器相連，計時器接50 H

17、z交流電小車的質(zhì)量為m1，小盤(及砝碼)的質(zhì)量為m2.圖13(1)下列說法正確的是()A每次改變小車質(zhì)量時，應(yīng)重新平衡摩擦力B實驗時應(yīng)先釋放小車后接通電源C本實驗m2應(yīng)遠大于m1D在用圖象探究加速度與質(zhì)量關(guān)系時，應(yīng)用a圖象(2)實驗時，某同學(xué)由于疏忽，遺漏了平衡摩擦力這一步驟，他測量得到的aF圖象如圖14所示，可能是圖中的圖線_(選填“甲”、“乙”、“丙”) 圖14答案(1)D(2)丙解析(2)當沒有平衡摩擦力時，aF圖線不過原點，且a，即a0時，F(xiàn)0，圖線為丙3(2012安徽理綜21()圖15為“驗證牛頓第二定律”的實驗裝置示意圖砂和砂桶的總質(zhì)量為m，小車和砝碼的總質(zhì)量為M.實驗中用砂和砂桶

18、總重力的大小作為細線對小車拉力的大小圖15(1)實驗中，為了使細線對小車的拉力等于小車所受的合外力，先調(diào)節(jié)長木板一端滑輪的高度，使細線與長木板平行接下來還需要進行的一項操作是()A將長木板水平放置，讓小車連著已經(jīng)穿過打點計時器的紙帶，給打點計時器通電，調(diào)節(jié)m的大小，使小車在砂和砂桶的牽引下運動，從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運動B將長木板的一端墊起適當?shù)母叨龋屝≤囘B著已經(jīng)穿過打點計時器的紙帶，撤去砂和砂桶，給打點計時器通電，輕推小車，從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運動C將長木板的一端墊起適當?shù)母叨?，撤去紙帶以及砂和砂桶，輕推小車，觀察判斷小車是否做勻速運動(2)實驗中要進行質(zhì)量m和M的選取，

19、以下最合理的一組是()AM200 g，m10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 gBM200 g，m20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 gCM400 g，m10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 gDM400 g，m20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g(3)圖16為實驗中得到的一條紙帶，A、B、C、D、E、F、G為7個相鄰的計數(shù)點，相鄰的兩個計數(shù)點之間還有四個點未畫出，量出相鄰的計數(shù)點之間的距離分別為：sAB4.22 cm、sBC4.65 cm、sCD5.08 cm、sDE5.49 cm，sEF5.91 cm，s

20、FG6.34 cm.已知打點計時器的工作頻率為50 Hz，則小車的加速度a_m/s2.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)圖16答案(1)B(2)C(3)0.42解析(1)在“驗證牛頓第二定律”的實驗中，為了使細線對小車的拉力等于小車所受的合外力，則需要平衡摩擦力，并使細線與長木板平行平衡摩擦力的方法是只讓小車牽引紙帶(撤去砂及砂桶)，紙帶穿過打點計時器，并墊高長木板不帶滑輪的一端，打點計時器接通電源工作如果紙帶上打出的點跡分布均勻，則說明小車做勻速運動故選項B正確，選項A、C錯誤(2)在“驗證牛頓第二定律”的實驗中，為使細線對小車的拉力等于砂及砂桶的總重力，則Mm，且盡可能地多測幾組數(shù)據(jù)故選項C最合理(

21、3)根據(jù)題意，相鄰兩計數(shù)點間的時間間隔為T0.1 s，根據(jù)saT2，得，sDEsAB3a1T2sEFsBC3a2T2sFGsCD3a3T2所以小車的加速度a0.42 m/s2.4如圖17所示，一端帶有定滑輪的長木板上固定有甲、乙兩個光電門，與之相連的計時器可以顯示帶有遮光片的小車在其間的運動時間，與跨過定滑輪的輕質(zhì)細繩相連的輕質(zhì)測力計能顯示掛鉤處所受的拉力不計空氣阻力及一切摩擦圖17(1)在探究“合外力一定時，加速度與質(zhì)量的關(guān)系”時，要使測力計的示數(shù)等于小車所受合外力，操作中必須滿足_；要使小車所受合外力一定，操作中必須滿足_實驗時，先測出小車質(zhì)量m，再讓小車從靠近光電門甲處由靜止開始運動，讀

22、出小車在兩光電門之間的運動時間t.改變小車質(zhì)量m，測得多組m、t的值，建立坐標系描點作出圖線下列能直觀得出“合外力一定時，加速度與質(zhì)量成反比”的圖線是_(2)如圖18，抬高長木板的左端，使小車從靠近光電門乙處由靜止開始運動，讀出測力計的示數(shù)F和小車在兩光電門之間的運動時間t0，改變木板傾角，測得多組數(shù)據(jù)，得到的F的圖線如圖19所示圖18圖19實驗中測得兩光電門的距離L0.80 m，砂和砂桶的總質(zhì)量m10.34 kg，重力加速度g取9.8 m/s2，則圖線的斜率為_(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)；若小車與長木板間的摩擦不能忽略，測得的圖線斜率將_(填“變大”、“變小”或“不變”)答案(1)小車與滑輪間

23、的細繩與長木板平行砂和砂桶的總質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量C(2)0.54 kgm或0.54 Ns2不變5(2012山東理綜21(1)某同學(xué)利用如圖20甲所示的實驗裝置，探究物塊在水平桌面上的運動規(guī)律物塊在重物的牽引下開始運動，重物落地后，物塊再運動一段距離停在桌面上(尚未到達滑輪處)從紙帶上便于測量的點開始，每5個點取1個計數(shù)點，相鄰計數(shù)點間的距離如圖乙所示打點計時器電源的頻率為50 Hz.圖20通過分析紙帶數(shù)據(jù)，可判斷物塊在兩相鄰計數(shù)點_和_之間某時刻開始減速計數(shù)點5對應(yīng)的速度大小為_m/s，計數(shù)點6對應(yīng)的速度大小為_m/s.(保留三位有效數(shù)字)物塊減速運動過程中加速度的大小為a_m/s2，若用來計算物塊與桌面間的動摩擦因數(shù)(g為重力加速度)，則計算結(jié)果比動摩擦因數(shù)的真實值_(填“偏大”或“偏小”)答案67(或76)1.001.202.00偏大解析從計數(shù)點1到6相鄰的相等時間內(nèi)的位移差x2.00 cm，在6、7計數(shù)點間的位移比5、6計數(shù)點間的位移增加了(12.2811.01) cm1.