第3章 实验4 探究加速度与物体受力、物体质量的关系(教参)-【名师导航】2024年高考物理一轮总复习(新教材新高考)通用版

实验四　探究加速度与物体受力、物体质量的关系 教材原型实验　 　实验原理与操作 [典例1]　(1)我们已经知道，物体的加速度a同时跟合外力F和质量M两个因素有关。探究这三个物理量之间的定量关系的思想方法是____________________________________________________。 (2)某同学的实验方案如图所示，他想用沙和沙桶的总重力表示小车受到的合外力F，为了减小这种做法带来的实验误差，他先做了两方面的调整措施： ①用小木块将长木板不带定滑轮的一端垫高，目的是________________； ②使沙和沙桶的总质量远小于小车的质量，目的是使拉小车的力近似等于______________________________________________。 (3)该同学利用实验中打出的纸带求加速度时，处理方案有两种： A．利用公式a＝计算； B．根据a＝，利用逐差法计算。 两种方案中，你认为选择方案________比较合理。 [解析]　(1)探究这三个物理量之间的定量关系的思想方法是控制变量法。 (2)想用沙和沙桶的总重力表示小车受到的合外力F，为了减小这种做法带来的实验误差，应使沙和沙桶的总质量远小于小车的质量；还要用小木块将长木板不带定滑轮的一端垫高，目的是平衡摩擦力。 (3)利用实验中打出的纸带求加速度时，需要根据a＝，利用逐差法计算，B正确。 [答案]　(1)控制变量法　(2)①平衡摩擦力　②沙和沙桶的总重力　(3)B 　数据处理与分析 [典例2]　某组同学设计了“探究加速度a与物体所受合力F及质量M的关系”实验。图甲为实验装置简图，A为小车，B为电火花打点计时器，C为装有细沙的小桶，D为一端带有定滑轮的长方形木板，实验中认为细绳对小车的拉力F等于细沙和小桶的总重力，小车运动的加速度a可用纸带上打出的点求得。 甲　　　　　　　　　乙 (1)图乙为某次实验得到的纸带，已知实验所用电源的频率为50 Hz。根据纸带可求出电火花打点计时器打B点时的速度为________ m/s，小车的加速度大小为______ m/s2。(结果均保留两位有效数字) (2)在“探究加速度a与质量M的关系”时，某同学按照自己的方案将实验数据在坐标系中进行了标注，但尚未完成图像(如图丙所示)。请继续帮助该同学作出坐标系中的图像。 　 丙　　　　　　　　　　　丁 (3)在“探究加速度a与合力F的关系”时，该同学根据实验数据作出了加速度a与合力F的图线如图丁，该图线不通过坐标原点，试分析图线不通过坐标原点的原因。 答：_______________________________________________。 (4)实验时改变所挂小桶内细沙的质量，分别测量小车在不同外力作用下的加速度。根据测得的多组数据画出a­F关系图线，如图戊所示。此图线的AB段明显偏离直线，造成此现象的主要原因可能是________(选填下列选项的序号)。 戊 A．小车与平面轨道之间存在摩擦 B．平面轨道倾斜角度过大 C．所挂小桶及桶内细沙的总质量过大 D．所用小车的质量过大 [解析]　(1)AC这段位移的平均速度等于AC这段时间中间时刻的速度，即B点的瞬时速度，故 vB＝＝ m/s≈1.6 m/s。 由逐差法求解小车的加速度， a＝ ＝ m/s2 ≈3.2 m/s2。 (2)将坐标系中各点连成一条直线，连线时应使直线过尽可能多的点，不在直线上的点应大致对称地分布在直线的两侧，离直线较远的点应视为错误数据，不予考虑，连线如图所示。 (3)图线与横轴有截距，说明实验前没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足。 (4)在实验中认为细绳的张力F等于细沙和小桶的总重力mg，实际上，细绳张力F′＝Ma，mg－F′＝ma，即F′＝·mg，a＝·mg＝·F，所以当拉力F变大时，m必定变大，必定减小。当M≫m时，a­F图像为直线，当不满足M≫m时，便有a­F图像的斜率逐渐变小，C正确。 [答案]　(1)1.6　3.2　(2)图见解析　(3)实验前没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足　(4)C 　 (1)如果a与是正比关系，则a­图像是直线，而若a与M是反比关系，则a­M图像是曲线，在研究两个量的关系时，直线更易确定两者之间的关系，故本实验作a­图像。 (2)该实验中，保持物体质量不变时，a­F图像应为一条过原点的直线，a­F图像不过原点可能是平衡小车摩擦力没有达到实验要求所致。 (3)由于不满足M≫m引起的误差，图线a­F和a­都向下弯曲，分析： ①在a­F图像中，根据a＝mg知，M一定，当满足M≫m时，图线斜率视为不变，图线为直线。不满足M≫m时，随着m增大，图线斜率减小，图线向下弯曲。 ②在a­图像中，根据a＝mg＝·知，m一定，当满足M≫m时，图