实验4：探究加速度与力和质量的关系[5年58卷11考]--【实验攻略】备战2024年高考物理必考实验讲练

实验4：探究加速度与力和质量的关系【5年58卷11考】 类型 角度 考查要素 考查内容 教材实验：实验过程需平衡阻力 结合长木板、打点计时器装置考查(5年6考) 实验原理 根据控制变量法对加速度与物体质量、受力的关系进行分析猜想 实验改进 根据实验目的对实验条件进行分析和优化 数据处理和误差分析 ①根据实验数据进行图像描绘，作出 像；②分析v-t图像求解加速度大小；③判断需要满足M>m条件的实验方案：④判断将mg作为F值作图的实验方案；⑤对纸带数据进行处理，得出小车速度大小，判断机械能是否守恒：⑥分析桶和砂的总质量m比小车质量M小得多的原因 方法创新：实验过程不需平衡阻力 采用气垫导轨装置(2021湖南卷11题) 数据处理 ①游标卡尺读数；②分析图像数据得出a的大小；③根据实验数据描绘图像 原理应用：利用牛顿第二定律测量其他物理量 测量物体的质量(2022山东卷13题) 数据处理 ①根据图像得出弹簧劲度系数；②根据a-F图像斜率的意义得出滑块和传感器的质量；③根据a-F图像斜率计算出待测物体的质量 测量动摩擦因数(5年2考) 实验原理 原理式书写 数据处理 ①动摩擦因数的计算；②下滑加速度的计算 探究空气阻力与速度的关系(2021福建卷12题) 数据处理 ①根据纸带上点迹的特点分析垫块的移动方式：②根据纸带数据计算瞬时速度：③根据v-t图像分析加速度的变化情况、空气阻力与小车速度间的关系 总结： (1)类型角度：实验过程中是否需要平衡阻力，采用不同实验装置探究加速度与物体受力、物体质量的关系：也会利用牛顿第二定律作为实验原理测量其他物理量，包括动摩擦因数、物体质量和速度的测量。 (2)问题特点：重点考查实验原理和数据处理能力，结合数据关系考查牛顿第二定律与图像的转化能力，以及对图像中斜率意义的理解。对实验过程中涉及的实验条件进行选择和判断，以及根据实验原理书写正确的表达式和规范的实验操作步骤。 考点1 基本实验要求 1. 实验目的 （1） 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图象和a－图象，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)平衡摩擦力：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的图象. 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－图象. 考点2 数据处理及误差分析 1. 数据处理 （1） 列表法 将测得的F、x填入设计好的表格中，可以发现弹力F与弹簧伸长量x的比值在误差允许范围内是相等的.（2）图象法 以弹簧伸长量x为横坐标，弹力F为纵坐标，描出F、x各组数据相应的点，作出的拟合曲线是一条过坐标原点的直线. （3）函数法 弹力F与弹簧伸长量x满足F＝kx的关系. 2. 注意事项 （1）不要超过弹性限度：实验中弹簧下端挂的钩码不要太多，以免弹簧被过分拉伸，超过弹簧的弹性限度. （2）尽量多测几组数据：要使用轻质弹簧，且要尽量多测几组数据. （3）观察所描点的走向：本实验是探究性实验，实验前并不知道其规律，所以描点以后所作的曲线是试探性的，只是在分析了点的分布和走向以后才决定用直线来连接这些点. （4） 统一单位：记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位. 3. 误差分析 （1）钩码标值不准确、弹簧长度测量不准确带来误差. （2）画图时描点及连线不准确也会带来误差. 考点3 实验创新设计 以本实验为背景，通过改变实验条件，实验仪器，或巧用物理规律进行新的探究活动来设置题目，不脱离教材而又不拘泥于教材，体现开放性、探究性、创新性等特点。 1. 实验器材的改进 （1）利用气垫导轨、光电门测量加速度 由求出滑块通过光电门G1、G₂的速度v1、v₂，由求出加速度. 【注意】气垫导轨：滑块与气垫导轨未接触，故它们间无摩擦力 （2）通过位移之比测量加速度之比 ①原理：如果测出两个