(配套教参)第三章 实验四 探究加速度与物体受力、物体质量的关系-【高考领航】2024高考物理大一轮复习教师用书word+课件PPT（新教材，人教版）

实验四　探究加速度与物体受力、物体质量的关系 一、实验基本技能 1．实验目的 (1)学会用控制变量法研究物理规律。 (2)验证牛顿第二定律。 (3)掌握利用图像处理数据的方法。 2．实验原理 (1)保持质量不变，探究加速度跟合外力的关系。 (2)保持合外力不变，探究加速度与质量的关系。 (3)作出a-F图像和a-图像，确定其关系。 3．实验器材 小车、砝码、小盘、细绳、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、低压交流电源、导线两根、纸带、天平、米尺。 4．实验步骤 (1)测量：用天平测量小盘和砝码的质量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，只是不把悬挂小盘的细绳系在小车上(即不给小车牵引力)。 (3)补偿阻力：在长木板的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小盘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，取下纸带编上号码。 ②保持小车的质量m不变，改变小盘和砝码的质量m′，重复步骤①。 ③在每条纸带上选取一段比较理想的部分，测加速度a。 ④描点作图，作a-F的图像。 ⑤保持小盘和砝码的质量m′不变，改变小车质量m，重复步骤①和③，作a-图像。 二、规律方法总结 1．数据处理 (1)利用Δx＝aT2及逐差法求a。 (2)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)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。 2．注意事项 (1)补偿阻力：适当垫高木板的右端，使小车的重力沿斜面方向的分力正好补偿小车和纸带受到的阻力。在补偿阻力时，不要把悬挂小盘的细绳系在小车上，让小车拉着穿过打点计时器的纸带匀速运动。 (2)不重复补偿阻力。 (3)实验条件：m≫m′。 (4)一先一后一按：改变拉力或小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，后释放小车，且应在小车到达滑轮前按住小车。 3．误差分析 (1)实验原理不完善：本实验用小盘和砝码的总重力m′g代替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力。 (2)阻力补偿不准确、质量测量不准确、计数点间距测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差。 考点一　教材原型实验(基础考点) 1．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，测得的加速度a和F的关系数据记录如表一，测得的加速度a和的关系数据记录如表二。 表一 a/(m·s－2) 1.98 4.06 5.95 8.12 F/N 1.00 2.00 3.00 4.00 表二 a/(m·s－2) 2.04 2.66 3.23 3.98 /kg－1 0.50 0.67 0.80 1.00 (1)在下图中，由表一、表二数据用描点法作出a-F 图像、a- 图像。 (2)由图像可得加速度与力是什么关系？加速度与质量是什么关系？ (3)表一中物体的质量M为多少？表二中产生加速度的力为多大？ 解析：(1)建立坐标系，确定标度，描点画图线，得出a-F图像和a-图像分别如图甲、乙所示。 甲　　　　　　　　　　乙　 (2)由图甲可知加速度与力成正比关系，由图乙可知加速度与质量成反比关系。 (3)由于a＝，在a-F图像中，斜率k1＝＝2.0， 则M＝0.50 kg，在a-图像中斜率k2＝F＝4.00 N。 答案：(1)如解析图甲、乙　(2)正比关系　反比关系　(3)0.50 kg　4.00 N 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a-F关系图线，如图戊所示。此图线的AB段明显偏