第三章 实验四　探究加速度与力和质量的关系-（教师用书）【导学教程】2024新教材新高考物理新编大一轮总复习（人教版）

实验四　探究加速度与力和质量的关系 [对应学生用书P65] 一、基本思路与操作 装置图与思路 操作要领 方法：控制变量法 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)条件：槽码的质量远小于小车质量。 (2)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)。 (3)要测量的物理量 ①小车与其上砝码的总质量(用天平测量)。 ②小车受到的拉力(约等于槽码的重力)。 ③小车的加速度(根据纸带用逐差法或根据光电门数据计算加速度)。 (4)操作：①小盘通过细绳绕过定滑轮系于小车上，先接通电源后放开小车，断开电源，取下纸带，编号码。②保持小车的质量M不变，多次改变槽码的质量m，重复步骤①。 ③保持槽码的质量m不变，多次改变小车质量M，重复步骤① 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 mgsin θ＝Ff，改变小车的质量时，不需重新平衡摩擦力 [对应学生用书P66] 考点一　教材原型实验 　(2022·成都模拟)为了探究“加速度与力、质量的关系”，现提供如图甲所示实验装置。请思考探究思路并回答下列问题： (1)为了消除小车与水平木板之间摩擦力的影响应采取的操作是(　　) A．将木板不带滑轮的一端适当垫高，使小车在钩码拉动下恰好做匀速运动 B．将木板不带滑轮的一端适当垫高，使小车在钩码拉动下恰好做匀加速运动 C．将木板不带滑轮的一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀速运动 D．将木板不带滑轮的一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀加速运动 (2)某学生在平衡摩擦力时，木板倾角偏大。图乙中a是小车的加速度，F是细线作用于小车的拉力。他所得到的a­F关系图线是____________； (3)消除小车与水平木板之间摩擦力的影响后，要用钩码总重力代替小车所受的拉力，此时钩码质量m与小车质量M之间应满足的关系为____________； (4)图丙为某次实验得到的纸带，已知实验所用电源的频率为50 Hz。根据纸带可求出小车的加速度大小为____________ m/s2。(结果保留两位有效数字) [解析]　(1)将木板不带滑轮的一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀速运动，以使小车的重力沿斜面的分力和摩擦力抵消。故选C。 (2)把木板的一端垫得过高，使得倾角偏大，会导致重力沿斜面向下的分力偏大，摩擦力偏小，因此重力沿斜面向下的分力大于摩擦力，这样在没有绳子的拉力作用下，小车就产生了加速度。故选C。 (3)根据牛顿第二定律，对钩码有mg－F拉＝ma， 对小车有F拉＝Ma， 解得F拉＝＝， 当m≪M时，绳子的拉力近似等于钩码的总重力。 (4)纸带上相邻计数点间的时间间隔为T＝0.04 s，利用匀变速直线运动的推论Δx＝aT2， 得a＝＝ m/s2＝3.2 m/s2。 [答案]　(1)C　(2)C　(3)m≪M　(4)3.2 1．在“探究加速度与合外力、质量的关系”的实验中： (1)在平衡摩擦力的步骤中，下列四种方法中正确的是____________。 (2)接通电源，释放小车，打点计时器在纸带上打出一系列的点，如图所示，将打出的第一个点标为O，在纸带上依次取A、B、C、…若干个计数点。测得A、B、C、…各点到O点的距离分别为x1、x2、x3、…。已知相邻计数点间的时间间隔均为T。则B点的速度为vB＝____________，小车运动的加速度a＝____________。 解析　(1)要求小车在无动力的情况下平衡摩擦力，即不能挂盘和砝码，使小车重力沿斜面方向的分力正好平衡小车和纸带受到的阻力，需将木板远离滑轮的一端抬高，B选项符合题意。 (2)在匀变速直线运动中，某