4.2 实验：探究加速度与力，质量的关系-2021-2022学年高一物理同步多用途学案（人教版2019必修第一册）

人教版（2019）高中物理必修一同步学案 第四章：运动和力的关系 4.2 实验：探究加速度与力，质量的关系 预习+知识梳理 一、实验目的 1．学会用控制变量法研究物理规律； 2．学会灵活运用图象法处理实验数据的方法； 3．探究加速度与力、质量的关系，并验证牛顿第二定律． 二、实验原理与要求 [基本实验要求] 1．实验原理(见实验原理图) (1)保持质量不变，探究加速度跟合外力的关系． (2)保持合外力不变，探究加速度与质量的关系． (3)作出aF图象和a图象，确定其关系． 2．实验器材 小车、砝码、小盘、细绳、附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、低压交流电源、导线、纸带、天平、毫米刻度尺． 3．实验步骤 (1)测量：用天平测量小盘和砝码的总质量m′和小车的质量m. (2)安装：按照实验原理图把实验器材安装好，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，取下纸带编号码． ②保持小车的质量m不变，改变砝码和小盘的质量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aF的图象． ⑤保持砝码和小盘的质量m′不变，改变小车质量m，重复步骤①和③，作a图象．同步练习 ． 一、单选题 1．在“探究加速度与力、质量的关系”实验中：某组同学用如图所示装置，采用控制变量的方法，来研究小车质量不变的情况下，小车的加速度与小车受到的力的关系，下列措施中正确的是（ ） ①首先要平衡摩擦力，使小车受到的合力就是细绳对小车的拉力 ②平衡摩擦力的方法就是，在砂桶中添加砝码，使小车能匀速滑动 ③每次改变拉小车的拉力后都需要重新平衡摩擦力 ④实验中通过在砂桶中增加砝码来改变小车受到的拉力 ⑤实验中应先放小车，然后再开打点计时器的电源 ⑥实验中绳子拉力方向跟平板平行 A．①④⑤ B．②③⑥ C．①③⑥ D．①④⑥ 2．如图所示为探究小车加速度与所受合力关系的实验示意图局部．该实验中，两小车各自受到向左的恒定拉力，通过控制铁夹子同时释放让两小车同时由静止开始运动，然后通过铁夹子同时夹住小车后面的细线使小车同时突然停止运动从而使小车近 似做了一段匀加速直线运动，进而比较两小车的加速度．关于此实验中两小车加速度的判断，下列说法正确的是（ ） A．两小车的加速度之比等于位移之比 B．两小车的加速度之比等于位移的反比 C．两小车的加速度之比等于位移平方之比 D．两小车的加速度之比等于位移平方的反比 二、多选题 3．用如图所示的装置探究加速度a与力F、质量M的关系，下列说法中正确的是（　　） A．牵引小车的轻绳应和长木板保持平行 B．将电火花计时器接在8V的交流电源上，先接通电源，后放开小车，计时器在纸带上打下一系列点，并在纸带上标明小车质量 C．在探究a与质量M的关系时，作出图像能更直观地判断二者间的关系 D．轻绳对小车的拉力一定等于砂和砂桶的总重力 4．如图是某些同学根据实验数据画出的图像，下列说法中正确的是（　　） A．形成图甲的原因是补偿阻力时长木板倾角过大 B．形成图乙的原因是补偿阻力时长木板倾角过小 C．形成图丙的原因是所挂槽码质量远小于小车质量 D．形成图丁的原因是所挂槽码质量与小车质量相当 第II卷（非选择题） 三、实验题 5．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，渗透了研究问题的多种科学方法。（以下各题均选填“理想实验法”“图像法”“阻力补偿法”“化曲为直法”“控制变量法”或“近似法”） (1)对阻力的处理：_____。 (2)实验设计思路：_____。 (3)对小车所受合力的简化：_____，即当小车质量M车≫m槽时，细绳对小车的拉力大小近似等于所挂槽码的重力m槽g。 (4)实验数据处理的科学方法：_____。 (5)由图像转化为图像，所用的科学方法：_____。 6．某同学设计了一个探究加速度与物体所受合力及质量关系的实验，下图甲为实验装置简图，电源交流电的频率为50 Hz． （1）图乙为某次实验得到的纸带，根据纸带可求出小车的加速度大小______．（结果保留两位有效数字） （2）保持砂和小砂桶的总质量不变， 改变小车质量，分别得到小车加速度与质量及对应的倒数，数据如下表所示： 实验次数 1 2 3 4 5 6 7 8 加速度a/m·s－2 1.90 1.72 1.49 1.25 1.00 0.75 0.50 0.30 质量m/kg 0.25 0.29 0.33 0.40 0.50 0.71 1.00 1.67 质量倒数/kg－1 4.00 3.45 3.03 2.50 2.