浙江省杭州育华学校2023届高考物理一轮复习讲义：实验四 探究加速度与力、质量的关系

实验四: 探究加速度与力、质量的关系 一、实验目的 验证牛顿第二定律 二、实验原理 1．如图所示装置，保持小车质量M不变，改变小桶内砂的质量m，从而改变细线对小车的牵引力F(当m<<M时，F=mg近似v成立)，测出小车的对应加速度a,由多组a、F数据作出加速度和力的关系a-F图线，验证加速度是否与外力成正比。 2．保持小桶和砂的质量不变， 在小车上加减砝码, 改变小车 的质量M，测出小车的对应加速度a, 由多组a、M数据作出加速度和质量倒数的关系a-M-1图线, 验证加速度是否与质量成反比。 三、实验器材 小车，砝码，小桶，砂, 细线，附有定滑轮的长木板,垫块，打点计时器，低压交流电源, 导线两根, 纸带,托盘天平及砝码，米尺。 四、实验步骤 1．用调整好的天平测出小车和小桶的质量M和m ，把数据记录下来。 2．按如图装置把实验器材安装好，只是不把挂小桶用的细线系在小车上，即不给小车加牵引力。 3．平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上垫块，反复移动垫块的位置，直至小车在斜面上运动时可以保持匀速直线运动状态（可以从纸带上打的点是否均匀来判断）。 4．在小车上加放砝码，小桶里放入适量的砂，把砝码和砂的质量M'和m'记录下来。把细线系在小车上并绕过滑轮悬挂小桶,接通电源,放开小车,打点计时器在纸带上打下一系列点,取下纸带,在纸带上写上编号. 5.保持小车的质量不变，改变砂的质量（要用天平称量），按步骤4再做5次实验。 6.算出每条纸带对应的加速度的值。 7.用纵坐标表示加速度a，横坐标表示作用力F，即砂和桶的总重力(m+m')g，根据实验结果在坐标平面上描出相应的点，作图线。若图线为一条过原点的直线，就证明了研究对象质量不变时其加速度与它所受作用力成正比。 8.保持砂和小桶的质量不变，在小车上加放砝码，重复上面的实验，并做好记录，求出相应的加速度,用纵坐标表示加速度a，横坐标表示小车和车内砝码总质量的倒数 ,在坐标平面上根据实验v结果描出相应的点并作图线，若图线为一条过原点的直线,就证明了研究对象所受作用力不变时其加速度与它的质量成反比。 五、注意事项 1．砂和小桶的总质量v不要超过小车和砝码的总质量的1/10。 2．在平衡摩擦力时，不要悬挂小桶，但小车应连着纸带且接通电源。用手给小车一个初速度，如果在纸带上打出的点的间隔是均匀的，表明小车受到的阻力跟它的重力沿斜面向下的分力平衡。 3．作图时应该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对称地分布在直线的两侧，但如遇个别特别偏离的点可舍去。 ( 例1 ． （ ★★ ） 在 “ 探究加速度与力、质量的关系 ” 实验时，已提供了小车，一端附有定滑轮的长木板、纸带、带小盘的细线、刻度尺、天平、导线。为了完成实验，还须从下图中选取实验器材，其名称是 ① （漏选或全选得零分）；并分别写出所选器材的作用 ② 。 ) 【考点】探究加速度与力、质量的关系 【解析】电磁打点计时器（电火花计时器）记录小车运动的位置和时间；钩码用以改变小车的质量；砝码用以改变小车受到的拉力的大小，还可以用于测量小车的质量。如果选电磁打点计时器，则需要学生电源，如果选电火花计时器，则不需要学生电源。 【答案】①学生电源、电磁打点计时器、钩码、砝码或电火花计时器、钩码、砝码 ②学生电源为电磁打点计时器提供交流电源；电磁打点计时器（电火花计时器）记录小车运动的位置和时间；钩码用以改变小车的质量；砝码用以改变小车受到的拉力的大小，还可以用于测量小车的质量。 【教学建议】明确实验所需器材及各器材的用途。 ( 例2 ． （ ★★★ ） 第 34 题图 l 为 “ 探究加速度与力、质量的关系 ” 实验装置图。图中 A 为小车， B 为砝码及砝码盘， C 为一端带有定滑轮的长木板，小车通过纸带与电火花打点计时器相连，计时器接 50Hz 交流电．小车 A 的质量为 砝码及砝码 盘 B 的质量为 ① 下列说法正确的是 A ．每次改变小车质量时，应重新平衡摩擦力 B ．实验时应先释放小车后接通电源 C ．本实验 应远小于 D ．在用图象探究加速度与质量关系时，应作 图象 ② 实验时，某同学由于疏忽，遗漏了平衡摩擦力这一步骤，他测量得到的 a - F 图象，可能是第 34 题图 2 中的 ___________ （选填 “ 甲 ” 、 “ 乙 ” 、 “ 丙 ” ） ③ 第 34 题图 3 为某次实验得到的纸带，纸带中相邻计数点间的距离已标出，相邻计数点间还有四个点没有画出。由此可求得小车的加速度大小 __________ m/s 2 。（结果保留二位有效数字） ) 【考点】探究加速度与力、质量的关系 【解析】（1）实验时需要提前做的工作有两个：①平衡摩擦力，且