第3章 实验4 探究加速度与物体受力、物体质量的关系(Word教参)-【状元桥】2026高考物理一轮总复习（湖北专版）

实验四　探究加速度与物体受力、物体质量的关系 1．实验目的 (1)学会应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)控制变量法 ①保持质量不变，探究加速度与合力的关系． ②保持合力不变，探究加速度与质量的关系． (2)求加速度 a＝或a＝. 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)质量的测量：用天平测量小盘和砝码的质量m′和小车的质量m. (2)安装：按照如图所示方式把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细绳系在小车上(即不给小车施加牵引力)． (3)平衡阻力：在长木板未装有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，改变小盘和砝码的总质量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(F＝mg)的图像． 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－图像． 5．数据处理 (1)利用Δx＝aT2及逐差法求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)平衡阻力：适当垫高木板未装有定滑轮的一端，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．在平衡阻力时，不要把悬挂小盘的细绳系在小车上，让小车拉着穿过打点计时器的纸带匀速运动． (2)改变小盘和砝码的总质量以及小车的质量，无需重新平衡阻力． (3)实验条件：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：本实验用小盘和砝码的总重力m′g代替小车的拉力F，而实际上小车所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力． (2)平衡阻力不准确、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． 命题点一　教材原型实验 (2024·甘肃)用图1所示实验装置探究外力一定时加速度与质量的关系． (1)以下操作正确的是__B__(单选，填正确答案标号)． A．使小车质量远小于槽码质量 B．调整垫块位置以补偿阻力 C．补偿阻力时移去打点计时器和纸带 D．释放小车后立即打开打点计时器 (2)保持槽码质量不变，改变小车上砝码的质量，得到一系列打点纸带．其中一条纸带的计数点如图2所示，相邻两点之间的距离分别为s1，s2，…，s8，时间间隔均为T.下列加速度算式中，最优的是__D__(单选，填正确答案标号)． A．a＝ B．a＝ C．a＝ D．a＝ (3)以小车和砝码的总质量M为横坐标，加速度的倒数为纵坐标，甲、乙两组同学分别得到的－M图像如图3所示． 由图可知，在所受外力一定的条件下，a与M成__反比__(选填“正比”或“反比”)；甲组所用的__槽码__(选填“小车”“砝码”或“槽码”)质量比乙组的更大． 如图所示为验证牛顿第二定律的实验装置示意图．沙和沙桶的总质量为m，小车和砝码的总质量为M.实验中用沙和沙桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小． (1)实验中，为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，先调节长木板一端滑轮的高度，使细线与长木板平行．接下来还需要进行的一项操作是__B__(选填正确答案标号)． A．将长木板水平放置，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，给打点计时器通电，调节m的大小，使小车在沙和沙桶的牵引下运动，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动 B．将长木板的一端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，撤去沙和沙桶，给打点计时器通电，轻推小车，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动 C．将长木板的一端垫起适当的高度，撤去纸带以及沙和沙桶，轻推小车，观察判断小车是否做匀速运动 (2)实验中要进行质量m和M的选取，以下最合理的一组是__C__(选填正确答案标号)． A．M＝200 g，m＝10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 g B．M＝200 g，m＝20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g C．M＝400 g，m＝10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 g D．M＝400 g，m＝20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g 验证牛顿第二定律的实验装置示意图如图甲所示．图中打点计时器的电源为交流电源，打点的时间间隔用T表示．在小车质量未知的情况下，某同学设计了一种方法用来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． (1)实验步骤如下： ①平衡小车所受的阻力：取下小吊盘，将木板__右端__(选填“右端”或“左端”)抬高，用手轻拨小车，直到打点计时器打出一系列间隔均匀的点． ②按住小车，在小吊盘中放入适当质量的物块，在小车中放入砝码． ③打开打点计时器电源，释放小车，获得带有点迹的纸带，在纸带上标出小车中砝码的质量m. ④按住小车，改变小车中砝码的质量，重复步骤③. ⑤在每条纸带上清晰的部分，每5个间隔标注一个计数点，测量相邻计数点的间距x1、x2、…，求出与不同质量m相对应的加速度a. ⑥以砝码的质量m为横坐标，以为纵坐标，在坐标纸上作出－m的关系图线．若加速度与小车和砝码的总质量成反比，则－m的关系图线为一条倾斜直线． (2)回答下列问题： ①本实验中，为了保证在改变小车中砝码的质量时所受的拉力近似不变，小吊盘和盘中物块的质量之和m′与小车和车中砝码的质量之和M应满足的条件是m′__远小于__(选填“远大于”或“远小于”)M. ②如图乙所示，设纸带上三个相邻计数点的间距为x1、x2、x3，则a可用x1、x3和T表示为a＝　　. ③图丙为所得实验图线的示意图，设图中直线的斜率为k，在纵轴上的截距为b，若牛顿第二定律成立，则小车受到的拉力为　　，小车的质量为　　. 命题点二　教材实验创新 一细绳跨过悬挂的定滑轮，两端分别系有小球A和B，如图所示．一实验小组用此装置测量小球B运动的加速度．令两小球静止，细绳拉紧，然后释放小球，测得小球B释放时的高度h0＝0.590 m，下降一段距离后的高度h＝0.100 m；由h0下降至h所用的时间T＝0.730 s．由此求得小球B加速度的大小为a＝__1.84__m/s2(保留三位有效数字)．从实验室提供的数据得知，小球A、B的质量分别为100.0 g和150.0 g，当地重力加速度大小为g取9.80 m/s2.根据牛顿第二定律计算可得小球B加速度的大小为a′＝__1.96__m/s2(保留三位有效数字)． 可以看出，a′与a有明显差异，除实验中的偶然误差外，写出一条可能产生这一结果的原因：__滑轮的轴不光滑或滑轮有质量__. 做“探究加速度与力、质量的关系”实验时，图甲是教材中的实验方案；图乙是拓展方案，其实验操作步骤如下： (ⅰ)挂上托盘和砝码，改变木板的倾角，使质量为M的小车拖着纸带沿木板匀速下滑； (ⅱ)取下托盘和砝码，测出其总质量为m，让小车沿木板下滑，测出加速度a； (ⅲ)改变砝码质量和木板倾角，多次测量，通过作图可得到a－F的关系． ①实验获得如图所示的纸带，计数点a、b、c、d、e、f间均有四个点未画出，则在打d点时小车的速度大小vd＝__0.19__m/s(保留两位有效数字)． ②需要满足条件M≫m的方案是__甲__(选填“甲”“乙”或“甲和乙”)；在作a－F图像时，把mg作为F值的是__甲和乙__(选填“甲”“乙”或“甲和乙”)． 某实验小组利用图甲所示装置探究加速度与物体所受合外力的关系．主要实验步骤如下： (1)用游标卡尺测量垫块厚度h，示数如图乙所示，h＝__1.02__cm. (2)接通气泵，将滑块轻放在气垫导轨上，调节导轨至水平． (3)在右支点下放一垫块，改变气垫导轨的倾斜角度． (4)在气垫导轨合适位置释放滑块，记录垫块个数n和滑块对应的加速度a. (5)在右支点下增加垫块个数(垫块完全相同)，重复步骤(4)，记录数据如表. n 1 2 3 4 5 6 a/(m·s－2) 0.087 0.180 0.260 0.425 0.519 根据表中数据在图丙上描点，绘制图线． 图略 如果表中缺少的第4组数据是正确的，其应该是__0.343__m/s2(保留3位有效数字)． 学科网（北京）股份有限公司 $$