2019年高考物理大一輪復(fù)習(xí)實(shí)驗(yàn)04探究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系學(xué)案新人教版

1、實(shí)驗(yàn)04探究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系實(shí)戦耳礎(chǔ)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.學(xué)會(huì)用控制變量法研究物理規(guī)律.2.探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系.3掌握利用圖象處理數(shù)據(jù)的方法.二、實(shí)驗(yàn)原理采取控制變量法，即先控制一個(gè)參量一小車的質(zhì)量 再控制小盤和砝碼的質(zhì)量不變，即力不變，探究加速度三、實(shí)驗(yàn)器材打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、復(fù)寫紙、小車、一端附有定滑輪的長(zhǎng)木板、小盤、夾子、細(xì)繩、低四、實(shí)驗(yàn)步驟用天平測(cè)量小盤的質(zhì)量m和小車的質(zhì)量M按照如圖所示裝置把實(shí)驗(yàn)器材安裝好，只是不把懸掛小盤的細(xì)繩系在小4小盤通過細(xì)繩繞過滑輪系于小車上，先接通電源后放開小車，取下紙帶編號(hào)碼5.保持小車的質(zhì)量M不變，改變砝碼和小盤的質(zhì)量m重復(fù)步驟（4）6.保持砝碼和

2、小盤的質(zhì)量m不變，改變小車質(zhì)量M重復(fù)步驟（4）卩廠（2013天津卷）某實(shí)驗(yàn)小組利用下圖所示的裝置探究加速度與力、（1）下列做法正確的是 _.（填字母代號(hào)）A.調(diào)節(jié)滑輪的高度，使?fàn)恳緣K的細(xì)繩與長(zhǎng)木板保持平行B.在調(diào)節(jié)木板傾斜度平衡木塊受到的滑動(dòng)摩擦力時(shí)，將裝有砝碼的砝碼桶通過定滑輪 拴在木塊上M不變，探究加速度a與力F的關(guān)系;a與小車質(zhì)量M的關(guān)系.壓交流電源、導(dǎo)線、 天平、刻度尺、砝碼、薄木板.1.稱量質(zhì)量:車上（即不給小車牽引力）質(zhì)量的關(guān)系.接電源紙帶木塊帶滑輪的4木板_L小車打點(diǎn)觴藩2安裝器材:3平衡摩擦力：在長(zhǎng)木板的不帶定滑輪的一端下面墊上一塊薄木板，使小車勻速下滑2C.實(shí)驗(yàn)時(shí)，先放開木

3、塊再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源D.通過增減木塊上的砝碼改變質(zhì)量時(shí)，不需要重新調(diào)節(jié)木板傾斜度3（2）為使砝碼桶及桶內(nèi)砝碼的總重力在數(shù)值上近似等于木塊運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的拉力，應(yīng)滿足的條件是砝碼桶及桶內(nèi)砝碼的總質(zhì)量 _木塊和木塊上砝碼的總質(zhì)量（選填“遠(yuǎn)大于” “遠(yuǎn)小于”或“近似等于”）、數(shù)據(jù)處理1計(jì)算加速度一一先在紙帶上標(biāo)明計(jì)數(shù)點(diǎn)，測(cè)量各計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離，根據(jù)逐差法計(jì)算 各條紙帶對(duì)應(yīng)的加速度.2作圖象找關(guān)系一一根據(jù)記錄的各組對(duì)應(yīng)的加速度a與小車所受牽引力F,建立直（3）甲、乙兩同學(xué)在同一實(shí)驗(yàn)室，各取一套圖示的裝置放在水平桌面上，木塊上均不放砝碼，在沒有平衡摩擦力的情況下，研究加速度a與拉力F的關(guān)系，分別得到圖中甲

4、、乙兩m甲、m乙，甲、乙用的木塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)分1乙（選填“大于”“小于”或“等條直線，設(shè)甲、乙用的木塊質(zhì)量分別為別為1甲、1乙，由圖可知，m甲于”）解析：木塊下滑時(shí)，受到重力、細(xì)線的拉力、支持力和摩擦力，要使拉力等于合力,應(yīng)該使細(xì)繩與長(zhǎng)木板平行且使重力的下滑分量mgsin0卩mgcos0（其中0為木板的傾角），故平衡摩擦力時(shí),等于摩擦力mgcos0,即mgsin不能懸掛砝碼桶，選項(xiàng)A正確,錯(cuò)誤；由平衡摩擦力的公式可知兩邊的質(zhì)量m可以消去,塊及其上砝碼的總重力的下滑分量仍能和總的摩擦力抵消，故改變木塊上不需要重新調(diào)節(jié)木板傾斜度,選項(xiàng)D正確；通過紙帶求木塊加速度， 要求打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打

5、出足夠多的點(diǎn)， 這就要求 將木塊放在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的位置， 并且先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器， 待打點(diǎn)穩(wěn)定后再釋放小車， 故選項(xiàng)C錯(cuò)誤./ Tk（2）實(shí)驗(yàn)中平衡好摩擦力后，繩的拉力提供木塊的合外力即F=ma砝碼桶及桶內(nèi)砝碼與木塊運(yùn)動(dòng)的速度大小相等， 由牛頓第二定律得m）a,當(dāng)m?a,兩式聯(lián)立得m g=（ m+m時(shí)，m mm,m gma即當(dāng)m?m時(shí)，近似等于木塊運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的拉力，故應(yīng)選填“遠(yuǎn)小于”.（3）實(shí)驗(yàn)中如果沒有平衡摩擦力，1對(duì)木塊進(jìn)行受力分析，根據(jù)牛頓第二定律F卩mg= ma得a=dF-卩g,即a-F圖象中，斜砝碼桶及桶內(nèi)砝碼的總重力率表示質(zhì)量的倒數(shù)m a軸上的截距的絕對(duì)值表示1g,結(jié)合圖可得m甲m

6、乙，卩甲卩乙.答案：（1）AD遠(yuǎn)小于（3）小于大于實(shí)駙能力4角坐標(biāo)系，描點(diǎn)畫a-F圖象；再根據(jù)記錄的各組對(duì)應(yīng)的加速度a與小車和砝碼總質(zhì)量M5建立直角坐標(biāo)系，描點(diǎn)畫a-亍圖象.二、誤差分析1因?qū)嶒?yàn)原理不完善引起誤差以小車、小盤和砝碼整體為研究對(duì)象得本實(shí)驗(yàn)用小盤和砝碼的總重力mg代替小車的拉力，而實(shí)際上小車所受的拉力要小于小盤和砝碼的總重力，小盤和砝碼的總質(zhì)量越小于小車的質(zhì)量，由此引起的誤差就越小. 因此,滿足小盤和砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量的目的就是減小因?qū)嶒?yàn)原理不完善而引起的誤 差.2摩擦力平衡不準(zhǔn)確造成誤差在平衡摩擦力時(shí)，除了不掛小盤外，其他的均與正式 實(shí)驗(yàn)一樣（比如要掛好紙帶、接通打點(diǎn)計(jì)

7、時(shí)器），勻速運(yùn)動(dòng)的標(biāo)志是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶上 各相鄰兩點(diǎn)間的距離相等.3質(zhì)量的測(cè)量誤差、紙帶上打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)間隔距離的測(cè)量誤差、細(xì)繩或紙帶不與木 板平行等都會(huì)引起誤差.三、注意事項(xiàng)1.平衡摩擦力：在平衡摩擦力時(shí)，不要把懸掛小盤的細(xì)繩系在小車上，即不要給小車 加任何牽引力，且要讓小車拖著紙帶勻速運(yùn)動(dòng).2不重復(fù)平衡摩擦力：整個(gè)實(shí)驗(yàn)平衡了摩擦力后，不管以后是改變小盤和砝碼的總質(zhì) 量還是改變小車和砝碼的總質(zhì)量，都不需要重新平衡摩擦力.3實(shí)驗(yàn)條件：每條紙帶都必須在滿足小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于小盤和砝碼的總質(zhì)量的條件下 打出只有如此，小盤和砝碼的總重力才可視為小車受到的拉力.4一先一后一按?。焊淖兝托≤囐|(zhì)量

8、后，每次開始時(shí)小車應(yīng)盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，并應(yīng)先接通電源，再放開小車，且應(yīng)在小車到達(dá)定滑輪前按住小車.5作圖：作圖時(shí)，兩坐標(biāo)軸的比例要適當(dāng)，要使盡可能多的點(diǎn)落在所作直線上，不在 直線上的點(diǎn)應(yīng)盡可能對(duì)稱地分布在所作直線兩側(cè).沁（2012全國(guó)卷）圖甲為驗(yàn)證牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖圖中打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 的電源為50 Hz的交流電源，打點(diǎn)的時(shí)間間隔用t表示在小車質(zhì)量未知的情況下，某同學(xué)設(shè)計(jì)了一種方法用來(lái)研究“在外力一定的條件下，物體的加速度與其質(zhì)量間的關(guān)系”.(1)完成下列實(shí)驗(yàn)步驟中的填空：1平衡小車所受的阻力： 小吊盤中不放物塊， 調(diào)整木板右端的高度，用手輕mg=(Mm)a；以小車為研究對(duì)象得亠 eMF

9、=Ma求得F=MMm-mg=-mgmg11+MF|l6撥小車，直到打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出一系列 _ 的點(diǎn).按住小車，在小吊盤中放入適當(dāng)質(zhì)量的物塊，在小車中放入砝碼打開打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源，釋放小車，獲得帶有一系列點(diǎn)的紙帶，在紙帶上標(biāo)出小車中砝碼的質(zhì)量m按住小車，改變小車中砝碼的質(zhì)量，重復(fù)步驟在每條紙帶上清晰的部分，每5個(gè)間隔標(biāo)注一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)測(cè)量相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)的間距S1、S2、求出與不同一1一 一1m相對(duì)應(yīng)的加速度a.以砝碼的質(zhì)量m為橫坐標(biāo)，-為縱坐標(biāo)，在坐標(biāo)紙上作出-m關(guān)系圖aa1線.若加速度與小車和砝碼的總質(zhì)量成反比，則丄與m應(yīng)成_關(guān)系(填“線性”或“非a線性”)(2)完成下列填空：1本實(shí)驗(yàn)中，為了保證在改變小

10、車中砝碼的質(zhì)量時(shí)，小車所受的拉力近似不變，小吊盤和盤中物塊的質(zhì)量之和應(yīng)滿足的條件是_ 2設(shè)紙帶上三個(gè)相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)的間距為S1、S2和S3,a可用S1、S3和t表示為a=_.圖乙為用米尺測(cè)量某一紙帶上的S1、S3的情況，由圖可讀出S1=_mmS3=_mm2入由此求得加速度的大小a=_m/S圖丙為所得實(shí)驗(yàn)圖線的示意圖.設(shè)圖中直線的斜率為k， 在 縱 軸 上 的 截 距 為b, 若 牛解 析 ：(1 ) 平 衡 小 車 的 阻 力 時(shí) 小 吊 盤 中 不 放 物 塊 ， 使 小 車 在 木 板 上 做 勻 速 直 線 運(yùn) 動(dòng) ,因此打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出一系列等間距的點(diǎn).設(shè)小車的質(zhì)量為M所加砝碼的質(zhì)量為m小吊

11、盤及放入物塊的總質(zhì)量為m,則小車一1M1及砝碼受到的拉力Fmg.對(duì)小車及砝碼，由牛頓第二定律得mg=( Mn)a,解得-=+ 口 口 ，a mg mg1m因此-與m成線性關(guān)系.a(2)對(duì)小車及砝碼應(yīng)有：F=(X ma,對(duì)小吊盤和盤中物塊有：mgF=ma,整理得7& Wmt mmg，只有當(dāng)?shù)膍?m時(shí)，上式可近似為*m0g.22S3S12由Smsn=（m- n）aT2，得S3S1=2a，其中T=5t,故其加速度a=蕾2S3S1250tS1=36.6 mm12.4 mm=24.2 mmS3=120.0 mm72.7 mm=47.3 mm綜上所述得a1.16 m/s2.3由（1）中-=衛(wèi)+m知

12、=k,型=b 丿a mg mg，mg mg” /口1b解得mg=k，M= bmg=R.答案：（1）等間距線性（2）遠(yuǎn)小于小車和砝碼的總質(zhì)量（填“遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量”也可以）諮24.2（23.924.5之間）47.3（47.047.6之間）、實(shí)驗(yàn)器材的改進(jìn)替代氣墊導(dǎo)軌（不用平衡摩擦力）4長(zhǎng)木板（如圖甲）接交流電源tffffrrrtjfffrrrrt t/tfffffftft3.利用位移傳感器測(cè)位移（如圖丙）1.16（1.131.19之間）b-b- k k1.2.利用光電門測(cè)速度（如圖乙）8調(diào)節(jié)長(zhǎng)木板的傾角，輕推小車后，使小車能沿長(zhǎng)木板向下做勻速運(yùn)動(dòng);將小車緊靠打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，接通電源后放開小車，得到一

13、條打點(diǎn)清晰的紙帶，由紙帶求得小車的加速度a；系”二、數(shù)據(jù)測(cè)量的改進(jìn)測(cè)定通過的時(shí)間，由求出加速度位移傳感器（發(fā)射鉤- 1：小車門J位移傳感盟（接收薜）鉤碼1a_2X軌道小車的加速度由位移傳感器及與之相連的計(jì)算機(jī)得到三、實(shí)驗(yàn)的拓展延伸2通過打替代點(diǎn)紙帶-求加速度以“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”為背景測(cè)量物塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù).洌；（2017廣西調(diào)研）某實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)如圖甲所示實(shí)驗(yàn)裝置“探究加速度與力的關(guān)（1）探究方案的實(shí)驗(yàn)步驟打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的交流電頻率f=50 Hz.已知小車的質(zhì)量M砝碼盤的質(zhì)量m,A.按圖甲安裝好實(shí)驗(yàn)裝置;E.重新掛上細(xì)繩和砝碼盤，改變砝碼盤中砝碼的質(zhì)量m重復(fù)多次步驟BD,得到多

14、B.C.取下細(xì)繩和砝碼盤，記錄砝碼盤中砝碼的質(zhì)量D.9組ma.（2）記錄數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)分析1實(shí)驗(yàn)中打出的其中一條紙帶如圖乙所示，由該紙帶可求得小車的加速度a=_m/s2，（保留兩位有效數(shù)字）2實(shí)驗(yàn)小組認(rèn)為小車受到的合外力F=mg根據(jù)記錄數(shù)據(jù)和紙帶，將計(jì)算得到合外力和加速度填入設(shè)計(jì)的表中（表略）；3建立aF坐標(biāo)系，利用中得到的表中數(shù)據(jù)描點(diǎn)得到如圖丙所示的圖線.根據(jù)圖線，結(jié)論“小車加速度a與外力F成正比”是 _（選填“成立”或“不成立”）的；已知圖線延長(zhǎng)線與橫軸的交點(diǎn)A的坐標(biāo)是（0.08,0）,由此可知，砝碼盤的質(zhì)量m=2kg.（已知數(shù)據(jù)測(cè)量是準(zhǔn)確的，重力加速度g取10 m/s ）（3）方案評(píng)估若認(rèn)為小車受到的合外力等于砝碼盤和砝碼的總重力，即F=（m+mg,實(shí)驗(yàn)中隨著F的增大，不再滿足砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量要求，實(shí)驗(yàn)圖象應(yīng)為.（填正確答案標(biāo)號(hào)）解析：（1）在勻變速直線運(yùn)動(dòng)中連續(xù)相等時(shí)間內(nèi)的位移差為常數(shù)，即x=af,X3+X4Xl+X24T2=0.88 m/s（2）因圖線不過原點(diǎn)，故由此可知結(jié)論“小車加速度a與外力F成正比”是不成立的；由圖象可知，當(dāng)外力為零時(shí)，物體有加速度，這說(shuō)明在計(jì)算小車所受的合外力時(shí)未計(jì)入砝碼 盤的重力，根據(jù)數(shù)學(xué)函數(shù)關(guān)系可知該圖線延長(zhǎng)線與橫軸的交點(diǎn)表示的物理量是砝碼盤的重力 大小，因A的坐標(biāo)是（0.08,0），則砝碼盤的重力大小為0.