第三章 實(shí)驗(yàn)四

1、.實(shí)驗(yàn)四探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系1.實(shí)驗(yàn)原理1保持質(zhì)量不變，探究加速度跟合外力的關(guān)系.2保持合外力不變，探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系.3作出aF圖象和a圖象，確定其關(guān)系.2.實(shí)驗(yàn)器材小車、砝碼、小盤、細(xì)繩、一端附有定滑輪的長木板、墊木、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、低壓交流電源、導(dǎo)線兩根、紙帶、天平、米尺.3.實(shí)驗(yàn)步驟1測(cè)量：用天平測(cè)量小盤和砝碼的質(zhì)量m和小車的質(zhì)量m.2安裝：按照如圖1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)繩系在小車上即不給小車牽引力.圖13平衡摩擦力：在長木板的不帶定滑輪的一端下面墊上一塊薄木塊，使小車能勻速下滑.4操作：小盤通過細(xì)繩繞過定滑輪系于小車上，先接通電源后放開小車，斷開電源，

2、取下紙帶編號(hào)碼.保持小車的質(zhì)量m不變，改變小盤和砝碼的質(zhì)量m，重復(fù)步驟.在每條紙帶上選取一段比較理想的部分，測(cè)加速度a.描點(diǎn)作圖，作aF的圖象.保持小盤和砝碼的質(zhì)量m不變，改變小車質(zhì)量m，重復(fù)步驟和，作a圖象.1.本卷須知1平衡摩擦力：適當(dāng)墊高木板的右端，使小車的重力沿斜面方向的分力正好平衡小車和紙帶受到的阻力.在平衡摩擦力時(shí)，不要把懸掛小盤的細(xì)繩系在小車上，讓小車?yán)┻^打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶勻速運(yùn)動(dòng).2不重復(fù)平衡摩擦力.3實(shí)驗(yàn)條件：mm.4一先一后一按：改變拉力或小車質(zhì)量后，每次開場時(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，后釋放小車，且應(yīng)在小車到達(dá)滑輪前按住小車.2.誤差分析1實(shí)驗(yàn)原理不完善

3、：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.2摩擦力平衡不準(zhǔn)確、質(zhì)量測(cè)量不準(zhǔn)確、計(jì)數(shù)點(diǎn)間距測(cè)量不準(zhǔn)確、紙帶和細(xì)繩不嚴(yán)格與木板平行都會(huì)引起誤差.3.數(shù)據(jù)處理1利用xaT2及逐差法求a.2以a為縱坐標(biāo)，F(xiàn)為橫坐標(biāo)，根據(jù)各組數(shù)據(jù)描點(diǎn)，假如這些點(diǎn)在一條過原點(diǎn)的直線上，說明a與F成正比.3以a為縱坐標(biāo)，為橫坐標(biāo)，描點(diǎn)、連線，假如該線為過原點(diǎn)的直線，就能斷定a與m成反比.命題點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)例1某次探究加速度a跟物體所受合力F和質(zhì)量m的關(guān)系實(shí)驗(yàn).圖21圖2甲所示為實(shí)驗(yàn)裝置圖.圖乙為某次實(shí)驗(yàn)得到的一段紙帶，計(jì)數(shù)點(diǎn)A、B、C、D、E間的時(shí)間間隔為0.1 s.

4、根據(jù)紙帶可求出小車的加速度大小為_m/s2結(jié)果保存兩位有效數(shù)字.2保持小車質(zhì)量不變，改變砂和砂桶質(zhì)量，進(jìn)展屢次測(cè)量.根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出了加速度a隨拉力F的變化圖線，如圖3所示.圖中直線沒有通過原點(diǎn)，其主要原因是_.圖33保持砂和砂桶質(zhì)量不變，改變小車中砝碼質(zhì)量，進(jìn)展屢次測(cè)量，得到小車加速度a、質(zhì)量m及其對(duì)應(yīng)的的數(shù)據(jù)如表中所示：實(shí)驗(yàn)次數(shù)12345678小車加速度a/m·s21.901.721.491.251.000.750.500.30小車和砝碼質(zhì)量m/kg0.250.290.330.400.500.711.001.67/kg14.003.453.032.502.001.411.000.

5、60a.請(qǐng)?jiān)趫D4坐標(biāo)紙中畫出a圖線.圖4b.根據(jù)作出的a圖象可以得到的結(jié)論是_.答案10.432實(shí)驗(yàn)前未平衡摩擦力或平衡摩擦力不充分3a.如下圖b.圖線為過原點(diǎn)的直線，說明在合外力一定時(shí)，加速度跟質(zhì)量成反比變式11我們已經(jīng)知道，物體的加速度a同時(shí)跟合外力F和質(zhì)量M兩個(gè)因素有關(guān).要研究這三個(gè)物理量之間的定量關(guān)系，需采用的思想方法是_.2某同學(xué)的實(shí)驗(yàn)方案如圖5所示，她想用砂桶的重力表示小車受到的合外力F，為了減少這種做法帶來的實(shí)驗(yàn)誤差，她先做了兩方面的調(diào)整措施：圖5a.用小木塊將長木板無滑輪的一端墊高，目的是_.b.使砂桶的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量，目的是使拉小車的力近似等于_.3該同學(xué)利用實(shí)驗(yàn)中打出

6、的紙帶求加速度時(shí)，處理方案有兩種：A.利用公式a計(jì)算B.根據(jù)逐差法利用a計(jì)算兩種方案中，選擇方案_比較合理.答案1控制變量法2平衡摩擦力砂桶的重力3B變式2為了“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系，現(xiàn)提供如圖6所示的實(shí)驗(yàn)裝置：圖61以下實(shí)驗(yàn)操作正確的選項(xiàng)是_.A.將木板不帶滑輪的一端適當(dāng)墊高，使小車在砝碼及砝碼盤的牽引下恰好做勻速運(yùn)動(dòng)B.調(diào)節(jié)滑輪的高度，使細(xì)線與木板平行C.先接通電源后釋放小車D.實(shí)驗(yàn)中小車的加速度越大越好2在實(shí)驗(yàn)中，得到一條如圖7所示的紙帶，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T0.1 s，且間距x1、x2、x3、x4、x5、x6已量出分別為3.09 cm、3.43 cm、3.77 cm、4.1

7、0 cm、4.44 cm、4.77 cm，那么小車的加速度a_ m/s2.結(jié)果保存兩位有效數(shù)字圖73有一組同學(xué)保持小車及車中的砝碼質(zhì)量一定，探究加速度a與所受外力F的關(guān)系，他們?cè)谲壍莱潭燃皟A斜兩種情況下分別做了實(shí)驗(yàn)，得到了兩條aF圖線，如圖8所示.圖線_是在軌道傾斜情況下得到的填“或“；小車及車中砝碼的總質(zhì)量m_ kg.圖8答案1BC20.3430.5解析1將不帶滑輪的木板一端適當(dāng)墊高，在不掛鉤碼的情況下使小車恰好做勻速運(yùn)動(dòng)，以使小車的重力沿斜面的分力和摩擦力抵消，那么小車的合力就是細(xì)線的拉力，應(yīng)選項(xiàng)A錯(cuò)誤；細(xì)線的拉力為小車的合力，所以應(yīng)調(diào)節(jié)定滑輪的高度使細(xì)線與木板平行，故B正確；實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)使

8、小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，先接通電源后由靜止釋放小車，應(yīng)選項(xiàng)C正確；實(shí)驗(yàn)時(shí)，為了減小實(shí)驗(yàn)的誤差，小車的加速度應(yīng)適當(dāng)大一些，但不是越大越好.故D錯(cuò)誤.2根據(jù)逐差法得：a0.34 m/s2.3由圖線可知，當(dāng)F0時(shí)，a0，也就是說當(dāng)細(xì)線上沒有拉力時(shí)小車就有加速度，所以圖線是在軌道傾斜情況下得到的，根據(jù)Fma得aF圖象的斜率k，由aF圖象得圖象斜率k2，所以m0.5 kg.命題點(diǎn)二教材實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)裝置圖創(chuàng)新/改進(jìn)點(diǎn)1.實(shí)驗(yàn)方案的改進(jìn)：系統(tǒng)總質(zhì)量不變化，改變拉力得到假設(shè)干組數(shù)據(jù).2.用傳感器記錄小車的時(shí)間t與位移x，直接繪制xt圖象.3.利用牛頓第二定律求解實(shí)驗(yàn)中的某些參量，確定某些規(guī)律.1.用傳感器與計(jì)算機(jī)

9、相連，直接得出小車的加速度.2.圖象法處理數(shù)據(jù)時(shí)，用鉤碼的質(zhì)量m代替合力F，即用am圖象代替aF圖象.1.用光電門代替打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，遮光條結(jié)合光電門測(cè)得物塊的初速度和末速度，由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求出加速度.2.結(jié)合牛頓第二定律，該裝置可以測(cè)出動(dòng)摩擦因數(shù)實(shí)驗(yàn)方案的改進(jìn)：彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量小車所受的拉力，鉤碼的質(zhì)量不需要遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量，更無需測(cè)鉤碼的質(zhì)量1.氣墊導(dǎo)軌代替長木板，無需平衡摩擦力.2.力傳感器測(cè)量滑塊所受的拉力，鉤碼的質(zhì)量不需要遠(yuǎn)小于滑塊質(zhì)量，更無需測(cè)鉤碼的質(zhì)量.3.用光電門代替打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，遮光條結(jié)合光電門測(cè)得滑塊的末速度，由刻度尺讀出遮光條中心初始位置與光電門之間的間隔 ，由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求出加速度.

10、例22019·全國卷·23某物理課外小組利用圖9中的裝置探究物體加速度與其所受合外力之間的關(guān)系.圖中，置于實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的長木板程度放置，其右端固定一輕滑輪；輕繩跨過滑輪，一端與放在木板上的小滑車相連，另一端可懸掛鉤碼.本實(shí)驗(yàn)中可用的鉤碼共有N5個(gè)，每個(gè)質(zhì)量均為0.010 kg.實(shí)驗(yàn)步驟如下：圖91將5個(gè)鉤碼全部放入小車中，在長木板左下方墊上適當(dāng)厚度的小物塊，使小車和鉤碼可以在木板上勻速下滑.2將n依次取n1，2，3，4，5個(gè)鉤碼掛在輕繩右端，其余Nn個(gè)鉤碼仍留在小車內(nèi)；用手按住小車并使輕繩與木板平行.釋放小車，同時(shí)用傳感器記錄小車在時(shí)刻t相對(duì)于其起始位置的位移s，繪制st圖象，

11、經(jīng)數(shù)據(jù)處理后可得到相應(yīng)的加速度a.3對(duì)應(yīng)于不同的n的a值見下表.n2時(shí)的st圖象如圖10所示；由圖求出此時(shí)小車的加速度保存2位有效數(shù)字，將結(jié)果填入下表.n12345a/m·s20.200.580.781.00圖104利用表中的數(shù)據(jù)在圖11中補(bǔ)齊數(shù)據(jù)點(diǎn)，并作出an圖象.從圖象可以看出：當(dāng)物體質(zhì)量一定時(shí)，物體的加速度與其所受的合外力成正比.圖115利用an圖象求得小車空載的質(zhì)量為_kg保存2位有效數(shù)字，重力加速度取g9.8 m·s2.6假設(shè)以“保持木板程度來代替步驟1，以下說法正確的選項(xiàng)是_填入正確選項(xiàng)前的標(biāo)號(hào)A.an圖線不再是直線B.an圖線仍是直線，但該直線不過原點(diǎn)C.an

12、圖線仍是直線，但該直線的斜率變大答案30.394見解析圖50.446BC解析3因?yàn)樾≤囎龀跛俣葹榱愕膭蚣铀僦本€運(yùn)動(dòng)，將圖中點(diǎn)2,0.78代入sat2可得，a0.39 m/s2.4根據(jù)描點(diǎn)法可得如下圖圖線.5根據(jù)牛頓第二定律可得nmgM5ma，那么an，圖線斜率k，可得M0.44 kg.6假設(shè)保持木板程度，那么小車運(yùn)動(dòng)中受到摩擦力的作用，由牛頓第二定律得nmgM5mnmgM5ma，解得a g，直線的斜率變大，圖象不過原點(diǎn)，選項(xiàng)B、C正確.變式3在用DIS研究小車加速度與外力的關(guān)系時(shí)，某實(shí)驗(yàn)小組先用如圖12a所示的實(shí)驗(yàn)裝置，重物通過滑輪用細(xì)線拉小車，在小車和重物之間接一個(gè)不計(jì)質(zhì)量的微型力傳感器，位

13、移傳感器發(fā)射器隨小車一起沿程度軌道運(yùn)動(dòng)，位移傳感器接收器固定在軌道一端，實(shí)驗(yàn)中力傳感器的拉力為F，保持小車包括位移傳感器發(fā)射器的質(zhì)量不變，改變重物質(zhì)量重復(fù)實(shí)驗(yàn)假設(shè)干次，得到加速度與外力的關(guān)系如圖b所示.圖121小車與軌道的滑動(dòng)摩擦力Ff_ N.2從圖象中分析，小車包括位移傳感器發(fā)射器的質(zhì)量為_ kg.3該實(shí)驗(yàn)小組為得到a與F成正比的關(guān)系，應(yīng)將斜面的傾角調(diào)整到tan _.答案10.6720.6730.1解析1根據(jù)題圖b可知，當(dāng)F0.67 N時(shí)，小車開場有加速度，那么Ff0.67 N，2根據(jù)牛頓第二定律aF，那么aF圖象的斜率表示小車包括位移傳感器發(fā)射器質(zhì)量的倒數(shù)，那么M kg kg0.67 kg

14、.3為得到a與F成正比的關(guān)系，那么應(yīng)該平衡摩擦力，那么有：Mgsin Mgcos 解得：tan ，根據(jù)FfMg得：0.1所以tan 0.1.變式4如圖13所示為某同學(xué)探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置，兩個(gè)一樣質(zhì)量的小車放在光滑程度板上，前端各系一根輕質(zhì)細(xì)繩，繩的一端跨過光滑輕質(zhì)定滑輪各掛一個(gè)小盤，盤中可放砝碼.兩小車后端各系一條細(xì)繩，一起被夾子夾著使小車靜止.翻開夾子，兩小車同時(shí)開場運(yùn)動(dòng)；關(guān)上夾子，兩小車同時(shí)停下來，用刻度尺測(cè)出兩小車的位移，下表是該同學(xué)在幾次實(shí)驗(yàn)中記錄的數(shù)據(jù).圖13實(shí)驗(yàn)次數(shù)車號(hào)小車質(zhì)量g小盤質(zhì)量g車中砝碼質(zhì)量g盤中砝碼質(zhì)量g小車位移cm1甲50100015乙50100103

15、02甲501001027.5乙50105010143甲50100018乙50101010請(qǐng)答復(fù)下述問題：1在每一次實(shí)驗(yàn)中，甲、乙兩車的位移之比等于_之比，請(qǐng)簡要說明實(shí)驗(yàn)原理_.2第一次實(shí)驗(yàn)控制了_不變，在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)可得出的結(jié)論是_.3第二次實(shí)驗(yàn)控制了_不變，在實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)可得出的結(jié)論是_.4第三次實(shí)驗(yàn)時(shí)，該同學(xué)先測(cè)量了甲車的位移，再根據(jù)前兩次實(shí)驗(yàn)結(jié)論，計(jì)算出乙車應(yīng)該發(fā)生的位移，然后再測(cè)量了乙車的位移，結(jié)果他快樂地發(fā)現(xiàn)，理論的預(yù)言與實(shí)際符合得相當(dāng)好.請(qǐng)問，他計(jì)算出的乙車的位移應(yīng)該是_.答案1加速度見解析2小車質(zhì)量小車加速度與拉力成正比3小車所受拉力小車加速度與質(zhì)量成反比430 cm解析

16、1由于兩車運(yùn)動(dòng)時(shí)間一樣，由xat2，知甲、乙兩車的位移之比等于加速度之比，即x甲x乙a甲a乙.2第一次實(shí)驗(yàn)中控制小車質(zhì)量不變，在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)，小車加速度與拉力成正比.3第二次實(shí)驗(yàn)中控制小車所受拉力不變，在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)，小車加速度與質(zhì)量成反比.4，得x乙30 cm.命題點(diǎn)三教材實(shí)驗(yàn)拓展以“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).例3甲、乙兩同學(xué)均設(shè)計(jì)了測(cè)動(dòng)摩擦因數(shù)的實(shí)驗(yàn).重力加速度為g.圖141甲同學(xué)所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖14甲所示.其中A為一質(zhì)量為M的長直木板，B為木板上放置的質(zhì)量為m的物塊，C為物塊右端連接的一輕質(zhì)彈簧測(cè)力計(jì)程度放置.實(shí)驗(yàn)時(shí)用力將A從B的下方抽

17、出，通過C的讀數(shù)F1即可測(cè)出動(dòng)摩擦因數(shù).那么該設(shè)計(jì)能測(cè)出_填“A與B或“A與地面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)，其表達(dá)式為_.2乙同學(xué)的設(shè)計(jì)如圖乙所示.他在一端帶有光滑輕質(zhì)定滑輪的長木板上固定有A、B兩個(gè)光電門，與光電門相連的計(jì)時(shí)器可以顯示帶有遮光片的物塊在其間的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，與跨過定滑輪的輕質(zhì)細(xì)繩相連的輕質(zhì)測(cè)力計(jì)能顯示掛鉤處所受的拉力.實(shí)驗(yàn)時(shí)，屢次改變砂桶中砂的質(zhì)量，每次都讓物塊從靠近光電門A處由靜止開場運(yùn)動(dòng)，讀出多組測(cè)力計(jì)示數(shù)F及對(duì)應(yīng)的物塊在兩光電門之間的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t.在坐標(biāo)系中作出F的圖線如圖丙所示，圖線的斜率為k，與縱軸的截距為b，與橫軸的截距為c.因乙同學(xué)不能測(cè)出小車質(zhì)量，故該同學(xué)還應(yīng)該測(cè)出的物理量為_

18、.根據(jù)該測(cè)量物理量及圖線信息可知物塊和長木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)表達(dá)式為_.答案1A與B2光電門A、B之間的間隔 x解析1當(dāng)A到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)B處于靜止?fàn)顟B(tài)，彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)F與B所受的滑動(dòng)摩擦力Ff大小相等，B對(duì)木板A的壓力大小等于B的重力mg，由FfFN得，.2物塊由靜止開場做勻加速運(yùn)動(dòng)，位移xat2.可得：a根據(jù)牛頓第二定律得對(duì)于物塊，F(xiàn)mgma那么：Fmg那么圖線的斜率為：k2mx，縱軸的截距為：bmg；k與摩擦力是否存在無關(guān)，物塊與長木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為：.變式5如圖15所示，某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)測(cè)量滑塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置，裝有定滑輪的長木板固定在程度實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，木板上有一滑塊，滑塊右端固定一個(gè)動(dòng)滑輪，鉤碼和彈簧測(cè)力計(jì)通過繞在滑輪上的輕繩相連，放開鉤碼，滑塊在長木板上做勻加速直線運(yùn)動(dòng).圖151實(shí)驗(yàn)得到一條如圖16所示的紙帶，相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為0.1 s，由圖中的數(shù)據(jù)可知，滑塊運(yùn)動(dòng)的加速度大小是_ m/