第3章 实验4 探究加速度与物体受力、物体质量的关系（word教参）-【正禾一本通】2024高考物理高三一轮总复习高效讲义（新教材新高考）

实验四　探究加速度与物体受力、物体质量的关系 【实验目的】 　1.学会利用控制变量法研究物理规律。2.探究加速度与力、质量的关系。3.学会利用图像法处理实验数据。 备考第1步——理清实验过程，注意实验事项 一、实验原理 1．保持质量不变，探究加速度a与合外力F的关系。 2．保持合外力不变，探究加速度a与质量M的关系。 3．作出a ­F图像和a ­图像，确定a与F、M的关系。 二、实验器材 打点计时器、纸带、复写纸、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平、刻度尺、砝码。 三、实验步骤 1．称量质量：用天平测量小盘的质量m0和小车的质量M。 2．仪器安装：按照如图所示装置把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细线系在小车上(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，使小车在斜面上做匀速直线运动。 4．操作记录 (1)把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂小盘，小盘里放砝码，先接通电源再放开小车，取纸带，编号码。 (2)保持小车的质量M不变，改变小盘中砝码的重力，重复步骤(1)。由纸带计算出小车的加速度，并把力和对应的加速度填入表(一)中。 表(一) 实验次数 加速度a/(m·s－2) 小车受力F/N 1 2 3 (3)保持小盘和砝码质量m不变，通过给N1车上增减砝码改变小车和砝码的总质量M，重复以上步骤。并将所对应的质量M和加速度填入表(二)中。 表(二) 实验次数 加速度a/(m·s－2) 小车和小车上砝码的总质量M/kg 1 2 3 [注意事项] ①平衡摩擦力：不悬挂小盘，但小车连着纸带。保证细绳拉力等于小车合外力。 ②不重复平衡摩擦力。 ③实验条件：M≫m。此时小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力。 ④一先一后一按住：先接通电源，后放小车，且在小车到达滑轮前按住小车。 四、数据处理 1．计算加速度：先在纸带上标明计数点，测量各计数点间的距离，根据逐差法计算各条纸带对应的加速度。 2．作图像找关系：根据记录的各组对应的加速度a与小车所受牵引力F，建立直角坐标系，描点画a ­F图像。如果图像是一条过原点的倾斜直线，便证明加速度与作用力成正比。再根据记录的各组对应的加速度a与小车和小车上砝码总质量M，建立直角坐标系，描点画a ­图像，如果图像是一条过原点的倾斜直线，就证明了加速度与质量成反比。 五、误差分析 1．当平衡摩擦力不够时，F≠0，a＝0。 2．当平衡摩擦力过度时，F＝0，a≠0。 3．由于不满足M≫m，图线a ­F和a ­都向下弯曲。 备考第2步——研典题破重难，透析高考考法 　　　　　　　　　　　　　　　　 层级1 基础实验过关 【例1】 要探究加速度与合外力关系，某同学设计了如图甲所示实验装置，其中长木板放在水平桌面上，小车的质量为M，当地重力加速度为g。(不计纸带运动中受到的阻力) (1)调节砂桶中砂的质量，调节定滑轮的高度，使连接小车的细线与长木板平行，小车靠近打点计时器，接通电源，轻推小车，结果打点计时器打出的点间隔均匀，弹簧测力计的示数为F0, 则小车受到的摩擦力大小等于________； (2)不悬挂砂桶，将长木板没有定滑轮的一端适当垫高，当木板与水平面的夹角为θ，且tan θ＝__________时，接通电源，轻推小车，则打点计时器在纸带上打出的点间隔均匀； (3)平衡摩擦力后进行实验，某次实验打出的纸带如图乙所示，O、A、B、C、D为计数点，打相邻计数点间的时间间隔为0.1 s，根据纸带求得小车运动的加速度a＝__________ m/s2(结果保留两位有效数字)； (4)平衡摩擦力后，保持小车的质量M不变，多次改变砂桶中砂的质量进行实验，得到多组小车的加速度 和弹簧测力计的示数F，作出a­F图像，则可能的是________。 解析：(1)根据力的平衡，小车受到的摩擦力大小等于F0 ； (2)由(1)可知，F0＝μMg，平衡摩擦力时，当tan θ＝时，摩擦力得到平衡； (3)根据匀变速直线运动的推论公式Δx＝αt2可以求出加速度的大小，小车运动的加速度计算表达式为≈0.39 m/s2； (4)由于小车受到的合外力等于弹簧测力计的示数F，F＝Ma，因此作出的α ­F图像就是过原点的一条直的斜线，丙正确。 答案：(1)F0　(2)　(3)0.39　(4)丙 【跟踪训练】 1．某次“探究加速度a跟物体所受合力F和质量m的关系”实验如下。 (1)图甲为实验装置图。图乙为某次实验得到的一段纸带，计数点A、B、C、D、E间时间间隔为0.1 s，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)。 (2)保持小车质量不变，改变砂和砂