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，人教版）

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.学会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.掌握运用图像处理问题的方法。 二、实验原理 用控制变量法探究加速度a与力F、质量m的关系,可以先保持F不变,研究a和m的关系,再保持m不变,研究a和F的关系。作出aF图像和a图像,确定a与F、m的关系。 三、实验器材 小车、槽码、细绳、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、学生电源、导线、纸带、天平、刻度尺、坐标纸。 四、实验过程 1.测量:用天平测量槽码的质量m′和小车的质量m。 2.安装:按照如图所示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。 3.补偿阻力: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.操作 (1)槽码通过细绳绕过定滑轮系于小车上,先接通电源后放开小车,断开电源,取下纸带,编号码。 (2)保持小车的质量m不变,改变槽码的质量m′,重复步骤(1)。 (3)在每条纸带上选取一段比较理想的部分,计算加速度a。 (4)描点作图,作aF的图像。 (5)保持槽码的质量m′不变,改变小车质量m,重复步骤(1)和(3),作a图像。 五、数据处理 1.利用逐差法或vt图像法求a。 2.以a为纵坐标,F为横坐标,描点、画线,如果该线为过原点的直线,说明a与F成正比。 3.以a为纵坐标,为横坐标,描点、画线,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=m′g,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=m′g=·,m′一定,当满足m≫m′时,图线斜率视为m′g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] (2022·山西临汾三模)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”或“不需要”)通过细绳把沙桶挂在小车上。  (2)实验中得到的一条纸带如图乙所示,相邻的两计数点之间还有4个点未画出,用