第三章 实验4 探究加速度与力、质量的关系（Word教参）-【优化指导】2024高考物理一轮复习高中总复习·第1轮（多选版 新教材 新高考）

实验❹　探究加速度与力、质量的关系 一、实验器材 　小车、砝码、小盘、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、米尺。 二、实验操作 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，只是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：在长木板不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块，使小车能匀速下滑。 4．打纸带 (1)悬挂槽码并打纸带：在细绳的一端挂上槽码，另一端系在小车前端。先开启打点计时器，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砝码的方式，改变小车的质量，重复步骤(1)。 三、数据处理和实验结论 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，如图甲所示，说明a与F成正比(即a∝F)。 3．探究加速度与质量的关系：根据多组(a，M)数据作出a-图像，如果这些点在一条过原点的直线上，如图乙所示，说明a与M成反比(即a∝)。 只有满足实验条件M≫m，即小车的质量M远大于槽码的总质量m，槽码的总重力才可视为小车受到的拉力。 考点一 教材原型实验(物理观念、科学探究) 角度 实验操作与注意事项 1.牵引小车的细绳要与长木板平行。 2．平衡摩擦力 (1)目的：用重力沿斜面向下的分力补偿阻力，使绳对小车的拉力等于小车受到的合力。改变槽码的个数或小车的质量时，不需重新平衡摩擦力。 (2)操作：①不系挂槽码；②反复调节长木板的倾角，使纸带上打出的点迹均匀。 【典例1】(2022·浙江桐乡二模)在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，采用如图所示的装置图进行实验。 (1)(多选)对小车进行“平衡摩擦力”操作时，下列必须进行的是 (填字母序号)。 A．取下槽码 B．没有牵引时，轻推一下小车，小车能做匀速直线运动 C．小车拖着穿过打点计时器的纸带做匀速运动时，打点计时器的电源应断开 D．把长木板没有定滑轮的一端垫起适当高度 (2)实验中，已经测出小车的质量为M，槽码的总质量为m，若要将槽码的总重力大小作为小车所受拉力F的大小，这样做的前提条件是 。 (3)(多选)在实验操作中，下列说法正确的是 。 A．求小车运动的加速度时，可用天平测出小车的质量M，槽码的质量m，直接用公式a＝g求出 B．实验时，应先接通打点计时器的电源，再放开小车 C．每改变一次小车的质量，都需要改变垫入的小木块的厚度 D．先保持小车质量不变，研究加速度与力的关系；再保持小车受力不变，研究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度与力、质量的关系 答案：(1)ABD　(2)槽码的总质量远小于小车的质量 (3)BD 解析：(1)平衡摩擦力时需要使小车所受重力沿木板方向的分力与小车所受摩擦力平衡，故A、B、D正确；为确定小车是否为匀速运动，需要通过纸带上的点迹是否均匀来判断，故C错误。 (2)根据牛顿第二定律得mg＝(M＋m)a，解得a＝，则绳子的拉力F＝Ma＝＝，可知当槽码的总质量远小于小车的质量时，小车所受的拉力大小近似等于槽码的总重力，所以应满足的条件是槽码的总质量远小于小车的质量。 (3)本实验是“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”，所以不能把牛顿第二定律当成已知的公式来使用，故A错误；使用打点计时器时，应该先接通电源，后释放纸带，故B正确；平衡摩擦力后有μ＝tan θ，与小车质量无关，虽然小车质量改变，但总是满足mg sin θ＝μmg cos θ，所以不需要再次平衡摩擦力，故C错误；本实验采用控制变量法，故D正确。 角度 数据处理及误差分析 1.摩擦力平衡不准确引起的误差 (1)没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足时，可能会出现图甲所示的情况； (2)当木板倾角过大，即平衡摩擦力过度时，可能会出现图乙所示的情况。 2．实验原理不完善引起的误差 (1)本实验用小盘和砝码的总重力m′g代替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力。 (2)图丙中，因为F＝mg，当m增大到不满足M≫m时，实验会出现较大误差，图线发生弯曲； 图丁中， 逐渐增大，M逐渐减小，当M减小到不满足M≫m时，实验会出现较大误差，图线发生弯曲。 【典例2】(2022·福建莆田二模)某实验小组利用如图甲所示的装置探究物体的加速度与力的关系，调整木板的倾角平衡摩擦阻力后，挂上小桶，带动小车运动并打