第三章實驗四探究加速度與力質量的關系-1

實驗四探究加速度與力、質量的關系目標要求1.理解實驗的原理，明確實驗過程并能進行數(shù)據處理.2.了解實驗的注意事項，會對實驗進行誤差分析.3.能用創(chuàng)新改進后的方案進行實驗．實驗技能儲備1．實驗目的(1)學會用控制變量法研究物理量之間的關系．(2)探究加速度與力、質量的關系．(3)掌握利用圖像處理數(shù)據的方法．2．實驗器材小車、槽碼、細繩、一端附有定滑輪的長木板、墊木、打點計時器、學生電源、導線、紙帶、天平、刻度尺、坐標紙等．3．實驗原理(1)保持質量不變，探究加速度與__________的關系．(2)保持合外力不變，探究加速度與________的關系．(3)作出a－F圖像和a－eq\f(1,m)圖像，確定a與F、m的關系．4．實驗過程(1)測量：用天平測量槽碼的質量m′和小車的質量m.(2)安裝：按照如圖所示裝置把實驗器材安裝好，只是不把懸掛槽碼的細繩系在小車上(即不給小車____________)．(3)補償阻力：在長木板不帶定滑輪的一端下面墊上墊木，使小車能________下滑．(4)操作：①槽碼通過細繩繞過定滑輪系于小車上，先________________后________________，斷開電源，取下紙帶，編號碼．②保持小車的質量m不變，改變槽碼的質量m′，重復步驟①.③在每條紙帶上選取一段比較理想的部分，計算加速度a.④描點作圖，作a－F的圖像．⑤保持槽碼的質量m′不變，改變小車質量m，重復步驟①和③，作a－eq\f(1,m)圖像．5．數(shù)據處理(1)利用逐差法或v－t圖像法求a.(2)以a為縱坐標，F(xiàn)為橫坐標，描點、畫線，如果該線為過原點的直線，說明a與F成正比．(3)以a為縱坐標，eq\f(1,m)為橫坐標，描點、畫線，如果該線為過原點的直線，就能判定a與m成反比．6．注意事項(1)開始實驗前首先補償阻力：適當墊高木板不帶定滑輪的一端，使小車的重力沿斜面方向的分力正好補償__________________________．在補償阻力時，不要把懸掛槽碼的細繩系在小車上，讓小車拉著穿過打點計時器的紙帶勻速運動．(2)實驗過程中不用重復補償阻力．(3)實驗必須保證的條件：__________.(4)一先一后一按：改變拉力或小車質量后，每次開始時小車應盡量靠近________________，并應先________________，后______________，且應在小車到達滑輪前按住小車．7．誤差分析(1)實驗原理不完善：本實驗用槽碼的總重力代替小車的拉力，而實際上小車所受的拉力要小于槽碼的總重力．(2)補償阻力不準確、質量測量不準確、計數(shù)點間距離測量不準確、紙帶和細繩不嚴格與木板平行都會引起誤差．考點一教材原型實驗例1用如圖所示的裝置驗證牛頓第二定律．(1)除了圖中所給器材以及交流電源和導線外，在下列器材中，還必須使用的兩種器材是________(選填正確選項的字母)．A．秒表 B．天平(含砝碼)C．彈簧測力計 D．刻度尺(2)實驗前補償阻力的做法是：把實驗器材安裝好，先不掛砂桶，將小車放在木板上，后面固定一條紙帶，紙帶穿過打點計時器．用墊塊把木板一端墊高，接通打點計時器，讓小車以一定初速度沿木板向下運動，并不斷調節(jié)木板的傾斜度，直到小車拖動紙帶沿木板做________運動．(3)為使砂桶和砂的總重力在數(shù)值上近似等于小車運動時受到的拉力，需滿足的條件是砂桶及砂的總質量________小車的總質量．(選填“遠大于”“遠小于”或“近似等于”)(4)實驗中打出的一條紙帶的一部分如圖所示．紙帶上標出了連續(xù)的3個計數(shù)點A、B、C，相鄰計數(shù)點之間還有4個點沒有標出．打點計時器接在頻率為50Hz的交流電源上．則打點計時器打B點時，小車的速度vB＝________m/s.多測幾個點的速度作出v－t圖像，就可以算出小車的加速度．(5)為研究加速度和力的關系，要保證____________的總質量不變，改變砂桶內砂的質量，重復做幾次實驗，通過實驗數(shù)據來研究加速度和力的關系．(6)在研究加速度與質量的關系時，要保證砂和砂桶的質量不變．若砂和砂桶的質量m與小車的總質量M間的關系不滿足第(3)問中的條件，由實驗數(shù)據作出a和eq\f(1,M＋m)的圖線，則圖線應如圖中的________所示(選填正確選項的字母)．例2(2023·江蘇省蘇州第十中學高三階段檢測)探究學習小組欲探究物體的加速度與力、質量的關系，他們在實驗室組裝了一套如圖甲所示的裝置，圖中小車的質量用M表示，鉤碼的質量用m表示．要順利完成該實驗：(1)為使小車所受合外力等于細線的拉力，應采取的措施是________；要使細線的拉力約等于鉤碼的總重力，應滿足的條件是________；A．使細線與長木板平行B．補償小車與木板間的阻力C．先釋放紙帶，再打開打點計時器D．鉤碼質量遠小于小車質量(2)如圖乙是實驗中得到的一條紙帶，A、B、C、D、E、F為6個相鄰的計數(shù)點，相鄰計數(shù)點間還有四個點未標出．打點計時器每隔0.02s打一個點，利用圖中給出的數(shù)據可求出小車的加速度a＝____________________________________________________________m/s2；(3)某同學經過測量，計算得到如下數(shù)據，請在圖丙中作出小車加速度a與所受的合外力F的關系圖像組別1234567M/kg0.580.580.580.580.580.580.58F/N0.100.150.200.250.300.350.40a/(m·s－2)0.130.170.260.340.430.510.59(4)由圖像可看出，該實驗存在較大的誤差，產生誤差的主要原因是__________________．考點二探索創(chuàng)新實驗考向1實驗器材的創(chuàng)新例3(2023·江蘇省泗洪縣洪翔中學高三開學考試)某實驗小組欲“探究加速度與合力的關系”，為了更準確地測出小車所受合力的情況，該小組將實驗裝置改裝成了如圖所示的裝置，其具體操作步驟如下：①按圖所示安裝好實驗器材，長木板放在水平桌面上，其中與定滑輪及彈簧測力計相連的細線豎直；②掛上鉤碼，接通電源后，再放開小車，打出一條紙帶，根據紙帶求出小車的加速度；③改變鉤碼的數(shù)量，重復步驟②，求得小車在不同合力作用下的加速度．(1)對于上述實驗，下列說法正確的是________．A．實驗過程中應保證小車的質量不變B．鉤碼的質量應遠小于小車的質量C．與小車相連的細線與長木板一定要平行D．彈簧測力計的讀數(shù)應為鉤碼重力的一半(2)由本實驗得到的數(shù)據作出小車的加速度a與彈簧測力計的示數(shù)F的關系圖像應為________．(3)如圖所示為某次實驗得到的紙帶，已知實驗所用電源的頻率為50Hz.根據紙帶可求出小車在計時器打B點時的速度大小為________m/s，小車的加速度大小為________m/s2.(結果均保留兩位有效數(shù)字)例4(2021·湖南卷·11)某實驗小組利用圖(a)所示裝置探究加速度與物體所受合外力的關系．主要實驗步驟如下：(1)用游標卡尺測量墊塊厚度h，示數(shù)如圖(b)所示，h＝________cm；(2)接通氣泵，將滑塊輕放在氣墊導軌上，調節(jié)導軌至水平；(3)在右支點下放一墊塊，改變氣墊導軌的傾斜角度；(4)在氣墊導軌合適位置釋放滑塊，記錄墊塊個數(shù)n和滑塊對應的加速度a；(5)在右支點下增加墊塊個數(shù)(墊塊完全相同)，重復步驟(4)，記錄數(shù)據如下表：n123456a/(m·s－2)0.0870.1800.2600.4250.519根據表中數(shù)據在圖(c)上描點，繪制圖線．如果表中缺少的第4組數(shù)據是正確的，其應該是________m/s2(保留三位有效數(shù)字)．考向2實驗方案的創(chuàng)新例5(2020·浙江7月選考·17(1))做“探究加速度與力、質量的關系”實驗時，圖甲是教材中的實驗方案；圖乙是拓展方案，其實驗操作步驟如下：(ⅰ)掛上托盤和砝碼，改變木板的傾角，使質量為M的小車拖著紙帶沿木板勻速下滑；(ⅱ)取下托盤和砝碼，測出其總質量為m，讓小車沿木板下滑，測出加速度a；(ⅲ)改變砝碼質量和木板傾角，多次測量，通過作圖可得到a－F的關系．(1)實驗獲得如圖所示的紙帶，計數(shù)點a、b、c、d、e、f間均有四個點未畫出，則在打d點時小車的速度大小vd＝________m/s(保留兩位有效數(shù)字)；(2)需要滿足條件M?m的方案是________(選填“甲”“乙”或“甲和乙”)；在作a－F圖像時，把mg作為F值的是________(選填“甲”“乙”或“甲和乙”)．考向3實驗目的的創(chuàng)新例6(2019·全國卷Ⅱ·22)如圖(a)，某同學設計了測量鐵塊與木板間動摩擦因數(shù)的實驗．所用器材有：鐵架臺、長木板、鐵塊、米尺、電磁打點計時器、頻率50Hz的交流電源、紙帶等．回答下列問題：(1)鐵塊與木板間動摩擦因數(shù)μ＝__________(用木板