4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系-2022-2023学年高一物理上学期同步学案+典例+练习（人教版2019必修第一册）

4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系 基础知识梳理 一、实验思路——控制变量法 1．探究加速度与力的关系 保持小车 不变，通过改变槽码的个数改变小车所受的 ，测得不同拉力下小车运动的加速度，分析加速度与拉力的 关系． 2．探究加速度与质量的关系 保持小车所受的 不变，通过在小车上增加 改变小车的质量，测得不同质量的小车对应的 ，分析加速度与 的定量关系． 二、物理量的测量 1．质量的测量：用 测量．在小车中增减砝码的数量可改变小车的 ． 2．加速度的测量 (1)方法1：让小车做初速度为0的 直线运动，用 测量小车移动的位移x，用秒表测量发生这段位移所用的时间t，然后由a＝计算出加速度a. (2)方法2：由纸带根据公式Δx＝aT2，结合 计算出小车的加速度． (3)方法3：不直接测量加速度，求加速度之比，例如：让两个做初速度为0的匀加速直线运动的物体的运动时间t相等，测出各自的位移x1、x2，则＝，把加速度的测量转换成位移的测量． 3．力的测量 在阻力得到补偿的情况下，小车受到的拉力等于小车所受的 ． (1)在槽码的质量比小车的质量小得多时，可认为小车所受的拉力近似等于槽码所受的 ． (2)使用力传感器可以直接测量拉力的大小，不需要使槽码的质量远小于小车的质量． 三、实验器材 小车、砝码、槽码、细线、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、交流电源、纸带、刻度尺、天平． 四、注意事项 1．打点前小车应靠近 且应先启动打点计时器后 小车． 2．在补偿阻力时，不要 槽码，但小车应连着 且启动打点计时器．用手轻轻地给小车一个 ，如果在纸带上打出的点的间隔 ，表明小车受到的阻力跟它受到的重力沿斜面向下的 平衡． 3．改变槽码的质量的过程中，要始终保证槽码的质量远 小车的质量． 4．作图时应使所作的直线通过尽可能多的点，不在直线上的点也要尽可能地均匀分布在直线的两侧，个别偏离较远的点应舍去． 典型例题分析 考点一：验证加速度与力成正比的实验步骤、数据处理与误差分析 【例1】如图为“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置，砂和砂桶的总质量为m，小车（含车内砝码）总质量为M，实验中用砂和砂桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小，小车运动加速度用a表示。在探究加速度与小车受力关系的过程中，要进行质量m和M的选取，以下最合理的一组是（　　） A．M＝100g，m＝20g、40g、60g、80g、100g、120g B．M＝400g，m＝20g、40g、60g、80g、100g、120g C．M＝400g，m＝10g、15g、20g、25g、30g、40g D．M＝100g，m＝10g、15g、20g、25g、30g、40g 【变式练习】 1．如图为“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置，砂和砂桶的总质量为m，小车（含车内砝码）总质量为M，实验中用砂和砂桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小，小车运动加速度用a表示。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（　　） 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，使小车在砂和砂桶的牵引下运动，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，撤去纸带以及砂和砂桶，轻推小车，观察判断小车是否做匀速运动 C．将长木板带有定滑轮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，撤去砂和砂桶，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 D．将长木板远离定滑轮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，撤去砂和砂桶，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 2．2020年9月6日，未来科学大奖新闻发布会公布：中国科学院院士卢柯获物质科学奖。在物理学的探索和发现过程中，物理过程和研究方法比物理知识本身更加重要。以下关于物理学研究方法的叙述中正确的是（　　） A．在不需要考虑物体本身的大小和形状时，用质点来代替物体的方法是微元法 B．牛顿第一定律是在伽利略的理想斜面实验的基础上通过逻辑推理得出的规律 C．在探究加速度、力和质量三者之间的关系时，先保持质量不变研究加速度与力的关系，再