第3章 实验4 探究加速度与物体受力、物体质量的关系-2023高考物理一轮复习【导与练】高中总复习第1轮教师用书word（新教材，人教版，鲁湘共用）

实验4　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.掌握运用图像处理问题的方法。 二、实验原理 用控制变量法探究加速度a与力F、质量M的关系,可以先保持F不变,研究a和M的关系,再保持M不变,研究a和F的关系。 三、实验器材 带定滑轮的长木板、小车、槽码、细绳、垫木、打点计时器、低压交流电源、复写纸片和纸带、天平、砝码、刻度尺、导线。 四、实验步骤 1.测质量:用天平测出小车的质量M和槽码的质量m。 2.安装:按图把实验器材安装好,先不要把悬挂槽码的细绳系在小车上。 3.平衡摩擦力:在长木板没有滑轮的一端下面垫一木块,移动木块的位置,直至小车在不受牵引时能拖动纸带沿木板做匀速直线运动。 4.操作 (1)槽码通过细绳绕过定滑轮系在小车上,先接通电源后放开小车,取下纸带并编号。 (2)保持小车的质量M不变,改变槽码的质量m。 (3)保持槽码的质量m不变,改变小车的质量M。 (4)重复进行多次实验。 5.求a:在每条纸带上选取一段比较理想的部分,测加速度a。 五、数据处理 1.测加速度:先在纸带上标明计数点,测量各计数点间的距离,利用逐差法Δx=aT2计算各条纸带对应的加速度。 2.作a-F图像: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,说明a与F成正比。 3.作a-图像: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,就能判定a与M成反比。 六、误差分析 本实验的偶然误差主要由质量的测量、计数点间距的测量引起,可通过多次测量取平均值减小误差。本实验的系统误差主要由两个因素产生,分析如下: 1.平衡摩擦力不准造成的误差 图线a-F不通过原点,分两种情况: (1)当平衡摩擦力不够时,F≠0,a=0。 (2)当平衡摩擦力过度时,F=0,a≠0。 2.由于不满足M≫m引起的误差 图线a-F和a-都向下弯曲,分析: (1)在a-F图像中,根据a=mg,M一定,当满足M≫m时,图线斜率视为不变,图线为直线;不满足M≫m时,随着m增大,图线斜率减小,图线向下弯曲。 (2)在a-图像中,根据a=mg=·,m一定,当满足M≫m时,图线斜率视为mg不变,图线为直线;不满足M≫m时,随着M减小,图线斜率减小,图线向下弯曲。 七、注意事项 1.安装器材时,要调整滑轮的高度,使拴小车的细绳与木板平行。 2.平衡摩擦力时,小车连着穿过打点计时器的纸带,但不要把悬挂槽码的细绳系在小车上。改变槽码的质量后,不需要重新平衡摩擦力。 3.只有小车的质量远大于槽码的质量时,槽码受到的重力才可视为小车受到的拉力。 4.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,在小车到达滑轮前按住小车。 一、关联实验:测定动摩擦因数 将悬挂小盘的细绳挂在滑轮上,使滑轮和滑块间的细绳处于水平,然后在砝码盘中添加砝码(如图甲),用弹簧测力计测量滑块受到的重力(如图乙)。在规范操作的情况下,得到了滑块加速度与砝码盘及砝码所受总重力F的关系,将实验数据描绘在a-F 图像中,得到一条实验图线如图丙所示。该图线与横轴的交点数值为F0,据此可计算出滑块与木板间的动摩擦因数μ。 二、方案拓展 方案:通过位移之比测量加速度与合力的关系 将两个相同的小车放在水平木板上,前端各系一条细绳,细绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘,盘中放上不同的重物。两个小车后各系一条细线,用夹子把两条细线同时夹住,使小车静止。打开夹子,两个小车同时开始运动,合上夹子,两个小车同时停下来。只需要测量两小车的位移及两小盘和盘中重物的总质量,即可探究加速度与合力的关系。 考点一　基础性实验 [例1] (2021·福建宁德质检)某次“探究加速度a跟物体所受合力F和质量m的关系”的实验过程如下: (1)图甲所示为实验装置图。图乙为某次实验得到的一段纸带,计数点A、B、C、D、E间的时间间隔为0.1 s,根据纸带可求出小车的加速度大小为　　　　m/s2(结果保留2位有效数字)。  (2)保持小车质量不变,改变沙和沙桶的质量,进行多次测量。根据实验数据作出了加速度a随拉力F的变化图线,如图丙所示。图中直线没有通过原点,其主要原因是  　。  (3)保持沙和沙桶质量不变,改变小车中砝码质量,进行多次测量,得到小车加速度a、质量m及其对应的的数据如表中所示: 实验次数 1 2 3 4 5 6 7 8 小车加速度 a/(m·s-2) 1.90 1.72 1.49 1.25 1.00 0.75 0.50 0.30 小车和砝码 质量m/ kg 0.25 0.29 0.33 0.40 0.50 0.71 1.00 1.67 /kg-1 4.00 3.