2022届高考物理一轮突破实验四 探究加速度与物体受力、物体质量的关系

实验四　探究加速度与物体受力、物体质量的关系　　　　　　 实验目的和器材 实验原理 实验 目的 1.学会利用控制变量法研究物理规律 2.探究加速度与力、质量的关系 3.学会利用图象法处理实验数据 1.保持质量不变,探究加速度a与合外力F的关系 2.保持合外力不变,探究加速度a 与质量M的关系 3.作出a-F图象和a-图象,确定a与F、M的关系 实验 器材 一端有定滑轮的长木板、低压交流电源、复写纸和纸带、小车、小盘、重物、细绳、电磁打点计时器、天平、砝码、刻度尺、导线 【实验过程】 1．称量质量：用天平测量小盘的质量m0和小车的质量M。 2．仪器安装：按照如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，使小车在长木板上做匀速直线运动。 4．操作记录： (1)把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂的小盘，小盘里放砝码，先接通电源再放开小车，去纸带，编号码。 (2)保持小车的质量M不变，改变小盘中砝码的重力，重复步骤(1)，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(一)中。 (3)保持小盘和砝码质量m不变，改变小车和砝码的总质量M，重复以上步骤，并将所对应的质量和加速度填入表(二)中。 表(一) 实验次数 加速度a/(m·s－2) 小车受力F/N 1 2 3 4 表(二) 实验次数 加速度a/(m·s－2) 小车和小车上砝码的总质量M/kg 1 2 3 【数据处理】 (1)利用Δx＝aT2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，如图甲所示，说明a与F成正比。 (3)以a为纵坐标，为横坐标，描点、连线，如果该线为过原点的直线，如图乙所示，就能判定a与M成反比。 【误差分析】 (1)质量的测量、纸带上计数点间距离的测量、细绳或纸带不与木板平行等都会造成误差。 (2)实验原理不完善引起系统误差。 通过适当的调节，使小车所受的阻力被平衡，当小车做加速运动时，可以得到 a＝g，FT＝mg＝，只有当M≫m时，才可近似认为小车所受的拉力FT等于mg，所以本实验存在系统误差。 (3)平衡摩擦力不准确会造成误差。 【注意事项】 (1)平衡摩擦力的方法：在长木板无滑轮的一端垫上小木块，使其适当倾斜，利用小车重力沿斜面方向的分力与摩擦力平衡。 (2)判断小车是否做匀速直线运动，一般可目测，必要时可通过打点纸带，看上面各点间的距离是否均匀。 (3)平衡摩擦力时要注意以下几点 ①平衡摩擦力时不能在细绳的另一端挂小盘。 ②平衡摩擦力必须让小车连上纸带，且让打点计时器处于工作状态。 ③平衡摩擦力时可借助纸带上点迹是否均匀来判断。 【实验创新】 验证牛顿第二定律的实验原理为控制变量法，即在物体所受外力不变的前提下，考查物体的加速度和质量的关系，在物体质量不变的前提下，考查物体所受外力和加速度的关系，本实验的创新有两个视角： 视角一：不改变实验目的，实验目的仍为探究物体加速度和质量、外力F的关系，但改变实验原理[即或者改变外力F的测量方法(利用传感器等)，或者改变物体加速度的测量方法(利用光电门等)]。 视角二：不改变实验装置，改变实验目的，分析利用该装置还可以进行什么实验(如可以测量物体和接触面间的动摩擦因数等)。 教材原型实验 【典例1】(2020·北京等级考)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 (2)某同学为了定量验证(1)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图象。 次数 1 2 3 4 5 6 7 a/(m·s－2) 0.62 0.56 0.48 0.40 0.32 0.24 0.15 M/kg 0.25 0.29 0.33 0.40 0.50 0.71 1.00 (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