精品解析：3.5 实验四　探究加速度与力、质量的关系（讲）-2024届高考物理一轮复习

第三章　牛顿运动定律 实验四　探究加速度与力、质量的关系 1．实验目的 （1）学会用控制变量法研究物理量之间的关系． （2）探究加速度与力、质量关系． （3）掌握利用图像处理数据的方法． 2．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、坐标纸等． 3．实验原理 （1）保持质量不变，探究加速度与合外力的关系． （2）保持合外力不变，探究加速度与质量的关系． （3）作出a－F图像和图像，确定a与F、m关系． 4．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（即不给小车牵引力）． （3）补偿阻力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫上垫木，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a－F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，作图像 5．数据处理 （1）利用逐差法或v－t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 6．注意事项 （1）开始实验前首先补偿阻力：适当垫高木板不带定滑轮的一端，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，不要把悬挂槽码的细绳系在小车上，让小车拉着穿过打点计时器的纸带匀速运动 （2）实验过程中不用重复补偿阻力 （3）实验必须保证的条件：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 7．误差分析 （1）实验原理不完善：本实验用槽码的总重力代替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于槽码的总重力 （2）补偿阻力不准确、质量测量不准确、计数点间距离测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差 考点一　材原型实验 典例精析及变式巩固 【例题1】 1. 某同学利用图甲所示装置探究“加速度与力、物体质量的关系”．图中装有砝码的小车放在长木板上，左端拴有一不可伸长的细绳，跨过固定在木板边缘的定滑轮与一砝码盘相连．在砝码盘的牵引下，小车在长木板上做匀加速直线运动，图乙是该同学做实验时打点计时器打出的一条点迹清晰的纸带，已知纸带上每相邻两个计数点间还有一个点没有画出，相邻两计数点之间的距离分别是x1、x2、x3、x4、x5、x6，打点计时器所接交流电的周期为T，小车及车中砝码的总质量为m1，砝码盘和盘中砝码的总质量为m2，当地重力加速度为g． (1)根据纸带上的数据可得小车运动的加速度表达式为a＝__________ (要求结果尽可能准确)． (2)该同学探究在合力不变的情况下，加速度与物体质量的关系．下列说法正确的是__________ A.平衡摩擦力时，要把空砝码盘用细绳通过定滑轮系在小车上，纸带通过打点计时器与小车相连，再把木板不带滑轮的一端用小垫块垫起，移动小垫块，直到小车恰好能匀速滑动为止 B.平衡摩擦后，还要调节定滑轮高度，使滑轮与小车间的细绳保持水平 C.若用m2g表示小车受到的拉力，则为了减小误差，本实验要求m1>>m2 D.每次改变小车上砝码的质量时，都要重新平衡摩擦力 (3)该同学探究在m1和m2的总质量不变情况下，加速度与合力的关系时．他平衡摩擦力后，每次都将小车中的砝码取出一个放在砝码盘中，并通过打点计时器打出的纸带求出加速度．得到多组数据后，绘出如图丙所示的a－F图象，发现图象是一条过坐标原点的倾斜直线．图象中直线的斜率为__________ (用本实验中相关物理量的符号表示)． (4)该同学在这个探究实验中采用的物理学思想方法为___________(选填“控制变量”“等效替代”或“放大”)法． 【变式题1】 2. 某实验小组利用如图1所示的装置“探究加速度与力、质量的关系”。 （1）实验中除了需要小车、砝码、托盘、细绳、附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、低压交流电源、两根导线、复写纸、纸带之外，还需要_________、_________； （2）某同学以小车和车上砝码的总质量的倒数为横坐标，小车的加速度为纵坐标，在坐标纸上作出的关系图线如图2所示。由图可分析得出：加速度与质量成_________关系（填“正比”或“反比”）；图线不过原点说明实验有误差，引起这一误差的主要原因是补偿摩擦力时长木板的倾角_________（填“过大