专题4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系【讲】--2023-2024学年高一物理同步讲练测

专题4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系【讲】 一．讲素养目标 　能从生活中的现象提出可探究的物理问题；能在他人帮助下制订科学探究方案，有控制变量的意识，会使用实验器材获取数据；能根据数据形成结论，会分析导致实验误差的原因；能参考教材撰写有一定要求的实验报告，在报告中能对实验操作提出问题并进行讨论，能用学过的物理术语等交流科学探究过程和结果。注意提升实验设计能力与科学推理能力。 二．讲考点与题型 【考点一】实验原理和实验操作 1．实验思路——控制变量法 (1)探究加速度与力的关系 保持小车质量不变，通过改变砝码的个数改变小车所受的拉力，测得不同拉力下小车运动的加速度，分析加速度与拉力的定量关系。 (2)探究加速度与质量的关系 保持小车所受的拉力不变，通过在小车上增加重物改变小车的质量，测得不同质量对应的加速度，分析加速度与质量的定量关系。 2．物理量的测量 (1)质量的测量：用天平测量。在小车中增减砝码的数量可改变小车的质量。 (2)加速度的测量 ①方法1：让小车做初速度为0的匀加速直线运动，用刻度尺测量位移x，用秒表测量发生这段位移所用的时间t，然后由a＝计算出加速度a。 ②方法2：由纸带根据公式Δx＝aT2，结合逐差法计算出小车的加速度。 ③方法3：不直接测量加速度，求加速度之比，例如：让两个做初速度为0的匀加速直线运动的物体运动时间t相等，测出各自的位移x1、x2，则＝，把加速度的测量转换成位移的测量。 (3)力的测量 在阻力得到补偿的情况下，小车受到的拉力等于小车所受的合力，在槽码的质量比小车的质量小得多时，可认为小车所受的拉力近似等于槽码所受的重力。 【例1】在探究加速度与物体所受合外力和质量间的关系时，采用如图所示的实验装置，小车及车中的砝码的总质量用M表示，盘及盘中的砝码的总质量用m表示，小车的加速度可由小车后拖动的纸带上的由打点计时器打出的点计算得出． (1)当M与m的大小关系满足________时，才可以认为细线对小车的拉力大小等于盘和盘中砝码的重力． (2)一组同学在保持盘及盘中的砝码质量一定的情况下，探究加速度与小车质量的关系．以下做法正确的是(　　) A．平衡摩擦力时，应将盘及盘中的砝码用细线绕过定滑轮系在小车上 B．每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力 C．实验时，先放开小车，再接通打点计时器电源 D．用天平测出m和M，之后可直接用公式a＝求出小车运动的加速度 (3)在保持小车及车中的砝码质量M一定，探究加速度与所受合外力的关系时，由于平衡摩擦力时操作不当，两位同学得到的a－F关系分别如图中甲、乙所示(a是小车的加速度，F是细线作用于小车的拉力)．出现以下情况的原因分别是： 甲图：_____________________________________________________________. 乙图：_____________________________________________________________. 【素养提升】本题考查的核心素养是科学思维、科学探究。 【规律方法】本实验用到的物理方法及注意事项 实验方法 控制变量法 实验条件 ①平衡摩擦力；②m≪M 数据处理方法 图象法——化曲为直 打点计时器 的使用方法 一先一后一按住．先接通电源、后放开小车，小车到达滑轮之前按住小车 【变式训练1】用如图所示的装置研究在作用力F一定时，小车的加速度a与小车质量M的关系，某位同学设计的实验步骤如下： A．用天平称出小车和沙桶及内部所装沙子的质量； B．按图装好实验器材； C．把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂沙桶； D．将电磁打点计时器接在6 V电压的蓄电池上，接通电源，放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，并在纸带上标明小车的质量； E．保持沙桶及其中沙子的质量不变，增加小车上的砝码个数，并记录每次增加后的M值，重复上述实验； F．分析每条纸带，测量并计算出加速度的值； G．作a­M关系图像，并由图像确定a­M关系。 (1)该同学漏掉的重要实验步骤是 ，该步骤应排在 步骤之后。 (2)在上述步骤中，有错误的，应把 改为 。 (3)在上述步骤中，处理不恰当的是 ，应把 改为 。 【变式训练2】在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，渗透了研究问题的多种科学方法： (1)实验环境的等效法：_____________________________________________； (2)实验条件设计的科学方法：___________________________________________； (3)