第三章 实验四 探究加速度与物体受力、物体质量的关系(Word教参)-【状元桥】2022高考物理一轮总复习（新高考版）

(四)　探究加速度与物体受力、物体质量的关系 一、实验目的 1．学会利用控制变量法研究物理规律． 2．探究加速度与物体受力、物体质量的关系． 3．学会利用图像处理数据的方法． 二、实验原理 采取控制变量法，即先控制一个参量——小车质量M不变，探究加速度a与力F的关系；再控制小盘和砝码的质量不变，即力F不变，探究加速度a与小车质量M的关系． 三、实验器材 小车，砝码，小盘，细绳，附有定滑轮的长木板，薄木块，打点计时器，低压交流电源，导线，纸带，复写纸，托盘天平，米尺． 四、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，使小车能匀速下滑． 4．操作：(1)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． (2)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(1)． (3)在每条纸带上选取一段比较理想的部分，测加速度a. (4)描点作图，作a－F的图像． (5)保持小盘和砝码的质量m不变，改变小车质量M，重复步骤(1)和(3)，作出a－图像． 五、数据处理 1．计算加速度 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．图像法处理实验数据 作图像找关系：根据记录的各组对应的加速度a与小车所受的合力F，建立直角坐标系，描点画a－F图像，如果图像是一条过坐标原点的倾斜直线，便证明加速度与合力成正比．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－图像，如果图像是一条过坐标原点的倾斜直线，就证明了加速度与质量成反比． 六、误差分析 1．因实验原理不完善引起的系统误差．以小车、小盘和砝码整体为研究对象得mg＝(M＋m)a，以小车和车上砝码为研究对象得F＝Ma，求得F＝·mg<mg.·mg＝ 本实验用小盘和砝码所受的总重力mg代替对小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于小盘和砝码所受的总重力．小盘和砝码的总质量越小于小车的质量，由此引起的误差就越小．因此，只有满足小盘和砝码的总质量远小于小车的质量，才能减小因实验原理不完善而引起的误差． 2．摩擦力平衡不准确造成的误差．在平衡摩擦力时，除了不挂小盘外，其他的均与实验规范操作一致(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． 3．质量的测量、打点计时器打点时间间隔不等、纸带上各点距离的测量、细绳或纸带不与木板平行等都会引起误差． 七、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，并要让小车拖着纸带匀速运动．平衡了摩擦力后，不论实验中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． 2．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，小盘和砝码所受的总重力才可视为小车受到的拉力． 3．一先一后一按住 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，且在小车到达定滑轮前按住小车． 4．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． 题型一　教材原型实验 1. [实验原理与实验条件] 如图所示为“验证牛顿第二定律”的实验装置示意图．砂和沙桶的总质量为m，小车和砝码的总质量为M.实验中用砂和沙桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小． (1)实验中，为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，先调节长木板一端滑轮的高度，使细线与长木板平行．接下来还需要进行的一项操作是________(填正确答案标号)． A．将长木板水平放置，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，给打点计时器通电，调节m的大小，使小车在砂和沙桶的牵引下运动，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动 B．将长木板的一端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，撤去砂和沙桶，给打点计时器通电，轻推小车，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动 C．将长木板的一端垫起适当的高度，撤去纸带以及砂和沙桶，轻推小车，观察判断小车是否做匀速运动 (2)实验中要进行质量m和M的选取，下列最合理的一组是________(填正确答案标号)． A．M＝200 g，m＝10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 g B．M＝200 g，m＝20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g C．M＝400 g，m＝10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40