专题04 探究加速度与力、质量的关系 顶峰相见2024年高考物理实验培优突破攻略

专题04 探究加速度与力、质量的关系 1 .学会用控制变量法研究物理规律. 2. 学会灵活运用图象法处理物理问题的方法. 3. 3.探究加速度与力、质量的关系，并验证牛顿第二定律， 【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 图象，确定其关系。 【实验器材】 小车、砝码、小盘、细绳、附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、低压交流电源、导线 两根、纸带、天平、米尺。 【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：按照如实验原理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小盘通过细绳绕过滑轮系于小车上，先接通电源后放开小车，取下纸带编号码； ②保持小车的质量m 不变，改变砝码和小盘的质量 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保持砝码和小盘的质量m '不变，改变小车质量m, 重复步骤①和③,作 a-1/m图象。 1. 注意事项 (1)平衡摩擦力：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平衡小车和纸带 受到的阻力.在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细绳系在小车上，让小车拉着穿过打点 时器的纸带匀速运动。 (2)不重复平衡摩擦力。 (3)实验条件： m＞＞m'。 (4)一先一后一按：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，后释放小车，且应在小车到达滑轮前按住小车。 2. 误差分析 (1)因实验原理不完善引起的误差：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)摩擦力平衡不准确、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。 3. 数据处理 (1)利用△x=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，1/m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。 考向一 实验原理与实验操作 【例题1】在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，采用如图甲所示的装置（g取10m/s2）。 （1）除了图中所给器材以及刻度尺、交流电源和导线外，在下列器材中，还必须使用的器材是 。（选填正确选项的字母） A．秒表                    B．天平（含砝码） （2）实验前平衡摩擦力的做法是：把实验器材安装好，先不挂砝码盘，将小车放在木板上，后面固定一条纸带，纸带穿过打点计时器。用垫块把木板一端垫高，接通打点计时器，让小车以一定初速度沿木板向下运动，并不断调节木板的倾斜度，直到打出的纸带点迹间隔 （选填“均匀”或“逐渐增加”），说明摩擦力已被平衡。 （3）在某次实验中，打出了一条纸带如图乙所示，计时器打点的时间间隔为T，则B点时的速度vB= ，小车加速度的大小为a= （结果用T和x1、x2、x3、x4表示） （4）若不断增加砝码的质量，则小车的加速度大小将趋近于某一极限值，此极限值为 。 考向二 数据处理与误差分析 【例题2】在“探究加速度与力、质量的关系”实验中： （1）某同学将实验装置按图甲所示安装好，不挂细线与砝码盘，轻推小车，打点计时器打出纸带及纸带运动方向如图乙所示，则应将垫块适当 （选填“左移”或“右移”）以平衡摩擦力。 （2）平衡摩擦力后，实验得到一条纸带，纸带上按时间顺序选取、五个计数点，相邻的两计数点之间还有4个点未画出，如图丙所示。已知打点计时器的打点周期为，则小车加速度大小 （结果保留2位小数）。 （3）在研究加速度与质量的关系时，砝码和砝码盘的质量为保持不变。小车的总质量为，改变进行多次实验，测得对应的小车加速度大小，作出和的图线，合理的应为 。 A．      B． C．      D． 考向三 实验拓展与创新 【例题3】某同学利用图1所示装置研究“滑块质量一定时，加速度与合外力的关系”。 实验步骤如下： （1）将气垫导轨一侧用升降台（图中未画出）垫高，固定弹簧测力计一端，另一端用细线拉住滑块，滑块静止在气垫导轨的某一位置，调整细线与气垫导轨平行，记下弹簧测力计的示数如图2所示，则 N。 （2）保持滑块质量不变，撤去细线，让滑块由静止开