(配套教参)第三章 运动和力的关系-【精彩三年·高考尖峰】2024高考总复习物理一轮复习基础拓展训练教师用书word+课件PPT（浙江专用）

实验4　探究加速度与力、质量的关系 (见学生用书P50) 主干梳理 一、实验原理 二、注意事项 1．平衡摩擦力：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。在补偿摩擦阻力时，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。平衡操作之后不需要重复平衡摩擦力。 2．实验条件：小车的质量M远大于槽码的质量m(如果采用力传感器测量拉力，则无视该条件)。 3．操作要领：改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，再放开小车，且应在小车到达定滑轮前按住小车。 4．误差分析 (1)实验原理不完善：本实验用槽码的重力mg代替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于槽码的重力。 (2)补偿摩擦阻力不准确、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。 考向探究 类型一　实验原理与实验操作 本实验的难点是测量小车的合力，实验通过两个“替代”关系测量小车的合力，使小车合力的测量转化为对悬挂物重力的测量。 1．平衡摩擦力——用小车所受的拉力替代合力 小车受力为重力、拉力、阻力、支持力，平衡摩擦力后，使重力、阻力和支持力的合力为0，则小车所受的拉力等于小车的合力。 2．小车质量(M)远大于悬挂物质量(m)——用悬挂物重力替代小车所受的拉力 由牛顿第二定律，系统加速度a＝g，小车所受的拉力F＝Ma＝M＝mg，显然，当M≫m时，F≈mg。 例题 某实验小组利用图甲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__天平__、__刻度尺__。 (2)下列做法正确的是__ADE__(多选)。 A．调节滑轮的高度，使牵引小车的细绳与长木板保持平行 B．在调节木板倾斜角度平衡小车受到的滑动摩擦力时，将装有砝码的托盘通过定滑轮拴在小车上 C．实验时，先放开小车，再接通打点计时器的电源 D．通过增减小车上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度 E．用托盘和盘内砝码的重力作为小车和车上砝码受到的合外力，为减小误差，实验中一定要保证托盘和盘内砝码的总质量远小于小车和车上砝码的总质量 (3)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a为纵坐标，在坐标纸上作出的a­关系图线如图乙所示。由图可分析得出：加速度与质量成__反比__(填“正比”或“反比”)关系；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平衡摩擦力时长木板的倾角__过大__(填“过大”或“过小”)。 【解析】 (1)实验中需要用托盘和盘内砝码的总重力表示小车受到的拉力，需测量托盘的质量，所以还需要天平。实验中需要用刻度尺测量纸带上点迹间的距离，从而得出加速度，所以还需要刻度尺。 (2)实验时调节滑轮的高度，使牵引小车的细绳与长木板保持平行，A项正确；平衡摩擦力时应系上纸带，不能挂托盘，B项错误；平衡摩擦力后细绳与木板平行，且托盘和盘内砝码的总质量远小于小车和车上砝码的总质量时，托盘和盘内砝码的总重力近似等于小车和车上砝码受到的合外力，E项正确；实验时应该先接通电源，后释放小车，使得纸带上点迹多一些，以便于测量加速度，还要多测几组数据减小偶然误差，C项错误；通过增减小车上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板的倾斜角度，D项正确。 (3)a——图像是一条直线，说明a与M成反比；图像在a轴上有截距，这是由平衡摩擦力时木板的倾角过大造成的。 类型二　数据处理 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的方法减小误差。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，a­F图线不通过坐标原点，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，a­F图线和a­图线都向下弯曲，分析如下： 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。 例1 2023·台州中学模拟某同学用图(a)所示的装置验证加速度与力的关系。 图(a)　　　　　　　　图(b) (1)为平衡摩擦力，将轨道一端略抬高，给小车一初速度使其在轨道上运动，利用位移传感器获得小车的速度—时间图像如图(b)所示，则应适当__减小__(填“增大”或“减小”)轨道倾角。平衡摩擦力后，操作中要控制__小车__(填“