第三章 实验4 探究加速度与力、质量的关系-【直击双1流】2024高考物理一轮复习讲义

实验 4 探究加速度与力、质量的关系 一、实验原理 本实验中,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 与M 的关系,再保 持 M 不变,研究 a 与 F 的关系。 二、实验器材 小车、砝码、 细绳、 一端附有定滑轮的长木 板、垫木、打点计时器、低压交流电源、导线、纸 带、天平、刻度尺等。 三、实验步骤 1. 测量质量:用天平测量小车的质量 M。 2. 安装:按照如图所示的装置把实验器材安 装好,暂时不把悬挂槽码的细绳系在小车上(即 不给小车牵引力)。 3. 平衡摩擦力:在长木板不带滑轮的一端下 面垫一块薄木块,使小车恰好能匀速下滑。 4. 打纸带。 (1) 悬挂槽码并打纸带:在细绳一端挂上槽 码,另一端系在小车前端。 先接通打点计时器, 再释放小车,在纸带上打出一系列点,取下纸带 编上号码。 (2) 改变小车受力:保持小车的质量不变, 通过增加槽码的数量改变小车受力, 重复步 骤(1)。 (3) 改变小车质量:保持槽码的数量(小车 所受的拉力) 不变,通过增加或减少小车上的砝 码的方式,改变小车的质量,重复步骤(1)。 四、数据处理 1. 计算加速度:在每条纸带上选取一段比较 理想的部分,利用 Δx = aT2 及逐差法求 a。 2. 探究加速度与力的关系: 根据多组(a, F) 数据作 a - F 图像,如果这些点在一条过原点 的直线上,说明 a 与 F 成正比。 3. 探究加速度与质量的关系:根据多组(a, M) 数据作出a - 1 M 图像,如果这些点在一条过原 点的直线上,说明 a 与 M 成反比。 五、注意事项 1. 在平衡摩擦力时,不要把悬挂槽码的细绳 系在小车上,让小车拉着穿过打点计时器的纸带 匀速运动。 2. 实验过程中不用重复平衡摩擦力。 3. 实验必须保证的条件:小车质量远大于槽 码质量。 4. 一先一后一按住:改变拉力和小车的质量 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。 5. 安装器材时,要调整滑轮的高度,使拴小 车的细绳与长木板平行。 改变小车的质量或拉 力的大小时,改变量应尽可能大一些,但应满足 所用槽码的总质量远小于小车和车上重物的总 质量。 所用槽码的总质量不超过小车和车上重 物总质量的 10%。 六、误差分析 1. 因实验原理不完善引起的误差。 以小车 和所用槽码组成的整体为研究对象,可得 mg = (M + m)a,以小车为研究对象,可得 F = Ma,解 得 F = M M + m ·mg = 1 1 + m M ·mg < mg。 本实验 用槽码的总重力 mg 代替小车所受的拉力,而实 际上小车所受的拉力要小于槽码的总重力。 当 槽码的总质量远小于小车的质量时,由此引起的 误差就越小。 2. 摩擦力平衡不准确、质量测量不准确、计 数点间距测量不准确、纸带和细绳不严格与长木 板平行都会引起误差。 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 04　　　直击双 1流　高考物理 例 1 (2023 原创) 某同学利用如图甲所示 的实验装置完成了“探究加速度与外力、质量的 关系” 的实验。 甲 乙 　 　 丙 (1) 关于该实验,下列说法正确的是 　 。 A. 该实验采用了控制变量法 B. 实验时应先释放小车,再接通打点计时器 C. 为了使细线的拉力近似等于沙和沙桶的 重力,应使小车的质量远大于沙和沙桶的总质量 D. 平衡摩擦力时,应挂上沙桶并将纸带穿过 打点计时器 (2) 如图乙所示为某次操作得到的纸带,图 中的 5 个点为相邻的计数点,且相邻两计数点间 有 4 个计时点未画出。 已知打点计时器的打点 频率为 f,则小车的加速度为 a = (用 已知量和图中的量表示)。 (3) 保持小车的质量不变,多次改变沙桶的 质量,重复实验,获得多组数据,根据得到的实验 数据作出了如图丙所示的图像,该图线不过原点 的原因是 　 ; 根据图丙可知,此次实验中小车的质量应为 m = g。 (1) 该实验是探究加速度与外力、质 量的关系,要研究三者的关系必须先使某一个量 不变,然后研究另外两个量之间的关系,即运用 了控制变量法,A 正确。 实验时,应先接通电源, 待打点计时器工作稳定后再释放小车