第三章 实验4 探究加速度与物体受力、物体质量的关系-【导与练】2024高考物理一轮复习高中总复习第1轮复习讲义（新教材，鲁科版）

实验4　探究加速度与物体受力、物体质量的关系 一、实验目的 1.学习用控制变量法探索物理规律。 2.探究加速度与力、质量的关系。 3.掌握运用图像处理问题的方法。 二、实验原理 用控制变量法分别探究加速度与受力、加速度与质量的关系。若保持小车质量m不变,通过增减重物的方式改变作用于小车的拉力F,测出小车相应的加速度a,则可得a与F的关系;若保持拉力F不变,通过在小车上增减砝码的方式改变小车的质量m,测出相应的加速度a,则可得a与m的关系。 三、实验器材 带定滑轮的木板、薄垫块、小车、细绳、重物(小钩码或沙桶等)、打点计时器、纸带、交流电源、天平、砝码、刻度尺。 四、实验步骤 1.测质量:用天平测出小车的质量M和钩码的质量m。 2.安装:按图把实验器材安装好,先不要把悬挂钩码的细绳系在小车上。 3.平衡摩擦力:在长木板没有滑轮的一端下面垫一木块,移动木块的位置,直至小车在不受牵引时能拖动纸带沿木板做匀速直线运动(纸带上打出的点分布均匀)。 4.操作 (1)钩码通过细绳绕过定滑轮系在小车上,先接通电源后放开小车,取下纸带并编号。 (2)保持小车的质量M不变,改变钩码的质量m。 (3)保持钩码的质量m不变,改变小车的质量M。 (4)重复进行多次实验。 5.求a:在每条纸带上选取一段比较理想的部分,测加速度a。 五、数据处理 1.测加速度:先在纸带上标明计数点,测量各计数点间的距离,利用逐差法Δs=aT2计算各条纸带对应的加速度。 2.作aF图像: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,说明a与F成正比。 3.作a图像: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,就能判定a与m成反比。 六、误差分析 本实验的偶然误差主要由质量的测量、计数点间距的测量引起,可通过多次测量取平均值减小误差。本实验的系统误差主要由两个因素产生,分析如下: 1.平衡摩擦力不准造成的误差 图线aF不通过原点,分两种情况: (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。 2.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,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=·,M一定,当满足m≫M时,图线斜率视为Mg不变,图线为直线;不满足m≫M 时,随着m减小,图线斜率减小,图线向下弯曲。 七、注意事项 1.安装器材时,要调整滑轮的高度,使拴小车的细绳与木板平行。 2.平衡摩擦力时,小车连着穿过打点计时器的纸带,但不要把悬挂槽码的细绳系在小车上。改变槽码的质量后,不需要重新平衡摩擦力。 3.只有小车的质量远大于槽码的质量时,槽码受到的重力才可视为小车受到的拉力。 4.开始时小车应尽量靠近打点计时器,并应先接通电源,再放开小车,在小车到达滑轮前按住小车。 考点一　基础性实验 [例1] [实验原理分析和数据处理] (2020·北京卷,15)在“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”实验中,做如下探究: (1)为猜想加速度与质量的关系,可利用图1所示装置进行对比实验。两小车放在水平板上,前端通过钩码牵引,后端各系一条细线,用板擦把两条细线按在桌上,使小车静止。抬起板擦,小车同时运动,一段时间后按下板擦,小车同时停下。对比两小车的位移,可知加速度与质量大致成反比。关于实验条件,下列正确的是　　 　　(填选项前的字母)。 A.小车质量相同,钩码质量不同 B.小车质量不同,钩码质量相同 C.小车质量不同,钩码质量不同 (2)某同学为了定量验证(1)中得到的初步关系,设计实验并得到小车加速度a与质量M的7组实验数据,如表所示。在图2所示的坐标纸上已经描好了6组数据点,请将余下的一组数据描在坐标纸上,并作出a图像。 次数 1 2 3 4 5 6 7 a/(m· s-2) 0.62 0.56 0.48 0.40 0.32 0.24 0.15 M/kg 0.25 0.29 0.33 0.40 0.50 0.71 1.00 (3)在探究加速度与力的关系实验之前,需要思考如何测“力”。请在图3中画出小车受力的示意图。为了简化“力”的测量,下列说法正确的是　　　　。  A.使小车沿倾角合适的斜面运动,小车受力可等效为只受绳的拉力 B.若斜面倾角过大,小车所受合力将小于绳的拉力 C.无论小车运动的加速度多大,沙和桶的重力都等于绳的拉力 [例2] [实验数据处理和误差分析] 某实验小组采用如图甲所示的实验装置,研究小车质量不变时,其加速度a与所受合力F的关系。 (1)在补偿阻力这步操作中,　　　　(选填“需要