第5章 第2节 科学探究 加速度与力、质量的关系-【导与练】2022-2023学年新教材高中物理必修第一册同步全程学习全书word（鲁科版）

第2节　科学探究:加速度与力、质量的关系 一、数据处理 1.把小车在不同力作用下产生的加速度填在表中。 物理量 1 2 3 4 5 6 作用力F 加速度a 以a为纵坐标,F为横坐标,根据数据作aF图像,通过拟合测量点,作出图像找出规律,分析a与F的关系。 2.把不同质量的小车(小车和砝码)在相同力的作用下产生的加速度大小填在表中。 物理量 1 2 3 4 5 6 质量m 加速度a 分别以a为纵坐标,m和为横坐标,根据数据作am图像和a 图像,分析a与m的关系。 二、误差分析 类型 产生原因 减小方法 偶然 误差 质量测量不准、计数点间距测量不准 多次测量求平均值 小车所受拉力测量不准 尽量减小阻力的影响,使细绳和纸带平行于木板 作图不准 使尽可能多的点落在直线上或均匀分布在直线两侧,误差较大的点舍去 系统 误差 重物所受重力代替小车所受的拉力 重物质量远小于小车的质量 三、注意事项 1.平衡摩擦力 不要挂重物,但小车连着纸带;整个实验平衡了阻力后,不管以后是改变重物的质量还是改变小车中钩码的质量,都不需要重新平衡阻力。 2.实验条件 实验中要使小车和钩码的总质量远大于重物的质量。只有如此,重物受到的重力才可作为小车受到的拉力。 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,后放开小车,且应在小车到达滑轮前按住小车。 4.作图像 作图时两坐标轴标度比例要适当,各量须采用国际单位,这样作图线时,坐标点间距不至于过密,误差会小些。要通过尽可能多的点作图线,不在图线上的点应尽可能均匀分布在图线两侧,离图线较远的点应舍去。 类型一　实验操作及注意事项 [例1] 用如图所示的装置研究在作用力F一定时,小车的加速度a与小车(含砝码)质量M的关系,甲同学设计的实验步骤如下: A.用天平称出小车和小桶及内部所装沙子的质量; B.按图装好实验器材(小车上不系绳); C.把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂小桶; D.将电磁打点计时器接在6 V电压的蓄电池上,接通电源,释放小车,打点计时器在纸带上打下一系列点,并在纸带上标明小车质量; E.保持小桶及其中沙子的质量不变,增加小车上砝码的个数,并记录每次增加后的M值,重复上述实验; F.分析每条纸带,测量并计算出加速度的值; G.作aM关系图像,并由图像确定a与M的关系。 (1)甲同学漏掉的重要实验步骤是　　　　,该步骤应排在步骤　　　　之后。  (2)在上述步骤中,有错误的是步骤　　　　,应把　　　　　　　　改为　　　　　　　　。  (3)在上述步骤中,处理不恰当的是步骤　　　　,应把　　　　改为　　　　。  解析:(1)实验中把小桶及其中沙子的重力之和看成与小车所受拉力大小相等,没有考虑阻力,故必须平衡阻力且应排在步骤B之后。 (2)电磁打点计时器接在6 V电压的蓄电池上将无法工作,必须接在4～6 V交流电源上。 (3)作 aM 关系图像,得到的是曲线,很难进行正确的判断,必须“化曲为直”,改作a关系图像。 答案:(1)平衡阻力　B　(2)D　6 V电压的蓄电池　4～6 V的交流电源 (3)G　aM　a 类型二　数据处理与误差分析 [例2] 某学习小组在研究加速度与力、质量的关系时,采用如图甲所示的装置,通过改变小托盘和砝码总质量m来改变小车受到的合力,通过加减钩码来改变小车总质量M。 (1)实验中需要平衡摩擦力,应当取下　　　　　(选填“小车上的钩码”或“小托盘和砝码”),将木板右端适当垫高,直至小车在长木板上自由运动时,纸带上打出来的点　　　　。  (2)图乙为实验中得到的一条纸带的一部分,0、1、2、3、4、5、6为计数点,相邻两计数点间还有4个点未画出,所用交流电的频率为50 Hz,从纸带上测出x1=3.20 cm,x2=4.74 cm,x3=6.30 cm,x4=7.85 cm,x5=9.41 cm,x6=10.96 cm。小车运动的加速度大小为　　　　 m/s2。(结果保留3位有效数字)  (3)实验过程中,在研究加速度a与小车的质量M的关系时,由于没有注意始终满足M远大于m的条件,结果得到的图像应是下图中的　　　　。  解析:(1)实验中需要平衡摩擦力,应当取下小托盘和砝码,将木板右端适当垫高,直至小车在长木板上自由运动时,纸带上打出来的点均匀分布,小车做匀速直线运动。 (2)根据匀变速直线运动的推论公式Δx=aT2可以求出加速度的大小,得x4-x1=3a1T2,x5-x2=3a2T2,x6-x3=3a3T2, 为了更加准确地求解加速度,我们对三