第三章 实验四 探究加速度与力、质量的关系-【创新思维】2024高考物理一轮复习高考总复习配套教参（人教版 新教材 新高考）

实验四　探究加速度与力、质量的关系 授课提示：对应学生用书第64页 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。 三、实验器材 　带定滑轮的长木板、小车、槽码、细绳、垫木、打点计时器、低压交流电源、复写纸片和纸带、天平、砝码、刻度尺、导线。 四、实验步骤 1．测质量：用天平测出小车的质量M和槽码的质量m。 2．安装：按图把实验器材安装好，先不要把悬挂槽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长木板做匀速直线运动。 4．操作 (1)槽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，改变槽码的质量m。 (3)保持槽码的质量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Δx＝aT2计算各条纸带对应的加速度。 2．作a－F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a－F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a－F和a－都向下弯曲，分析： (1)在a－F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；当不满足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；当不满足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，使拴小车的细绳与长木板平行。 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。 授课提示：对应学生用书第65页 　　自主探究 1．在“验证牛顿运动定律”实验中，采用如图所示的装置进行实验。 (1)对小车进行“平衡摩擦力”操作时，下列必须进行的是________。 A．取下沙和沙桶 B．在空沙桶的牵引下，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，沙和沙桶的总质量为m，若要将沙和沙桶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)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，可用天平测出沙和沙桶的质量M′和m′，以及小车的质量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 解析：(1)平衡摩擦力是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、D正确，B错误；确定小车是否为匀速运动，需要通过纸带上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＝＝，可知当沙和沙桶的总质量远小于小车的质量时，小车所受的拉力大小等于沙和沙桶的总重力，所以应满足的条件是沙和沙桶的总质量远小于小车的质量。 (3)本实验是“验证牛顿运动定律”，所以不能把牛顿第二