14 第3章 实验4 探究加速度与物体受力、物体质量的关系（word教参）-2023高考物理【金版新学案】大一轮复习讲义·高三总复习（新高考 广东版）

实验四　探究加速度与物体受力、物体质量的关系 一、基本思路与操作 装置图与思路 操作要领 思路： (1)保持小车质量不变→测得不同拉力下小车运动的加速度→分析二者之间的定量关系。 (2)保持小车所受的拉力不变→测得不同质量的小车运动的加速度→分析二者的定量关系。 (1)测量：用天平测出小车和槽码的质量分别为M0、m0，并把数值记录下来。 (2)安装实验器材：将小车置于带有定滑轮的木板上，将纸带穿过打点计时器后挂在小车尾部。 (3)平衡摩擦力：用薄垫块将一端垫高，平衡摩擦力(改变小车的质量或槽码的数量，无须重新平衡摩擦力)。 (4)悬挂槽码：在细线一端挂上槽码，另一端系在小车前端。 (5)收集纸带数据：先开启打点计时器，再释放小车，在纸带上打出一系列点。 (6)改变小车受力：保持小车的质量不变，通过增加槽码的数量改变小车受力。 (7)改变小车质量：保持槽码的数量(小车所受的拉力)不变，通过增加或减少小车上的砝码的方式，改变小车的质量。 二、数据处理和实验结论 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。 三、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误差。 3．平衡摩擦力不准确会造成误差。 四、注意事项 1．实验方法：控制变量法。 2．必须使槽码质量远小于小车总质量，其目的是用槽码重力替代小车所受的拉力。 3．平衡摩擦力应注意以下两点 (1)不系槽码。 (2)连好纸带接通打点计时器，反复调节倾角，纸带上打出的点迹均匀分布时，说明已经平衡了摩擦力。 4．三问平衡摩擦力 摩擦力如何被平衡 垫高长木板远离滑轮的一端 平衡摩擦力的目的 用小车所受的拉力替代合力 平衡摩擦力的原理 mg sin θ＝Ff，改变小车的质量时，不需重新平衡摩擦力 题型一　教材原型实验 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。两个车放在水平板上，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 ­图像。 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 解析：　(1)为了探究加速度与质量的关系，必须控制小车所受拉力相同，即钩码质量相同，而让小车的质量不同，故B正确。 (2)数据描点作a­图像如图所示 (3)使小车沿倾角合适的斜面运动，小车所受重力沿斜面的分力刚好等于小车所受的摩擦力，则小车受力可等效为只受绳的拉力，故A正确；若斜面倾角过大，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，不利于简化“力”的测量，故B错误；由牛顿第二定律可知，无论小车运动的加速度多大，砂和桶的重力都大于绳的拉力，故C错误；当小车的质量远大于砂和桶的质量时，砂和桶的重力近似等于绳的拉力，故D错误。 答案：　(1)B　(2)见解析　(3)见解析图　A 针对练1．某组同学设计了“探究加速度a与物体所受合力F及质量m的关系”实验。图甲为实验装置简图，A为小车，B为电火花计时器，C为装有细砂的小桶，D为一端带有定滑轮的长方形木板，实验中认为细绳对小车的拉力F等于细砂和小桶的总重力，小车运动的加速度a可用纸带上打出的点求得。 (1)图