第三章 实验四 探究加速度与力、质量的关系（教师用书word）-【步步高】2024年高考物理大一轮复习讲义（ 人教版 浙江专用第二版）

实验四　探究加速度与力、质量的关系

目标要求　1.理解实验的原理，明确实验过程并能进行数据处理.2.了解实验的注意事项，会对实验进行误差分析.3.能用创新改进后的方案进行实验．

实验技能储备

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、质量的关系．

(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a－图像，确定a与F、m的关系．

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a－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　教材原型实验

例1　(2023·浙江上虞市模拟)在“探究加速度与力、质量关系”的实验中．

(1)在图甲中轨道上安装的水平仪，在补偿小车受到的阻力时，能不能用于判断阻力是否补偿？

________(填“能”或“不能”)；当水平仪的气泡处于图示位置时，假设要调节a端螺母，则应使a端螺母________(填“升高”或“降低”)；

(2)图乙为实验中打出的纸带，图中相邻计数点间还有4个点未画出，打点计时器频率为50 Hz，则打点计时器在打下计数点5时小车的速度为________ m/s；(保留两位有效数字)

(3)根据实验测得的数据得到加速度与力的关系如图丙中实线所示，虚线为过原点的倾斜直线．为减小实验误差，细线下端所挂重物的质量不超过________．(填选项前字母)

A．10 g   B．22 g

C．40 g   D．50 g

答案　(1)不能　降低　(2)0.35　(3)B

解析　(1)水平仪只能判断轨道是否是水平的，不能用于判断阻力是否补偿；当水平仪的气泡处于题图所示位置时，应使a端螺母降低；

(2)打点计时器在打下计数点5时，小车的速度为v5＝＝ m/s＝0.35 m/s；

(3)由图像可知，当重物的重力大于0.22 N时图线出现了弯曲，则实验时应该使得细线下端所挂重物的质量不超过22 g，故选B.

例2　(2023·浙江Z20联盟联考)如图为“探究加速度与力、质量的关系”实验装置示意图．图中打点计时器的电源为50 Hz的交流电源．在小车质量未知的情况下研究“在外力一定的条件下，物体的加速度与其质量间的关系”．