【物理】2020届一轮复习人教版实验：探究加速度与力、质量的关系学案 10页

实验：探究加速度与力、质量的关系 1．实验步骤 ‎（1）用天平测出小车和盛有砝码的小盘的质量m和m′，把数据记录在表格中；‎ ‎（2）把实验器材安装好，平衡摩擦力；‎ ‎（3）在小盘里放入适量的砝码，把砝码和小盘的质量m′记录在表格中；‎ ‎（4）保持小车的质量不变，改变砝码的质量，按上面步骤再做5次实验；‎ ‎（5）算出每条纸带对应的加速度的值并记录在表格中；‎ ‎（6）用纵坐标表示加速度a，横坐标表示合外力，即砝码和小盘的总重力m′g，根据实验数据在坐标平面上描出相应的点，作图线；‎ ‎（7）用纵坐标表示加速度a，横坐标表示小车质量的倒数，在坐标系中根据实验数据描出相应的点并作图线。‎ ‎2．注意事项 ‎（1）平衡摩擦力：适当垫高木板的右端，使小车的重力沿斜面方向的分力正好平衡小车受到的阻力。在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细绳系在小车上，让小车拉着打点的纸带匀速运动；‎ ‎（2）不重复平衡摩擦力；‎ ‎（3）实验条件：m≫m′；‎ ‎（4）一先一后一按：改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，再释放小车，且应在小车到达滑轮前按住小车。‎ ‎3．误差分析 ‎（1）因实验原理不完善引起的误差：本实验用小盘和砝码的总重力m′g代替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力；‎ ‎（2）摩擦力平衡不准确、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；‎ ‎4．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，根据各组数据描点，如果这些点在一条过原点的直线上，说明a与F成正比；‎ ‎（3）以a为纵坐标，为横坐标，描点、连线，如果该线过原点，就能判定a与m成反比。 ‎ ‎（2019·浙江高一期末）在探究“物体加速度与力、质量的关系”实验时 ‎（1）提供器材：①电磁打点计时器；②天平：③低压交流电源；④低压直流电源；⑤细绳和纸带：⑥钩码和小车；⑦秒表：⑧一端有滑轮的长木板：⑨刻度尺。本实验不需要的器材是_____（填序号）‎ ‎（2）如图1所示为一条记录小车运动情况的纸带，图中A、B、C、D、E、F、G为计数点，相邻计数点间的时间间隔T=0.1 s，s1=3.59 cm，s2=4.4l cm，s3=5.19 cm，s4=5.97 cm，s5=6.78 cm，s6=7.64 cm。根据纸带的数据可以计算B点的瞬时速度是_____m/s，小车运动的加速度的大小是_____m/s2。（以上结果均保留两位有效数字）‎ ‎（3）改变所挂钩码的数量，多次重复测量。在某次实验中根据测得的多组数据可画出a–F关系图线（如图2所示）。此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是_____。（填选项前字母）‎ A．小车与轨道之间存在摩擦 B．导轨保持了水平状态 C．所挂钩码的总质量太大 D．所用小车的质量太大 ‎【参考答案】（1）④⑦ （2）0.40 0.80 （3）C ‎【详细解析】（1）打点计时器接交流电源，故不要④低压直流电源，打点计时器在纸带上打出点能够实现计时功能，故不需要⑦秒表。故不需要④⑦。‎ ‎（2）根据中间时刻速度等于一段过程中的平均速度可求出某点的瞬时速度得：‎ vB0.40 m/s，根据运动学公式得：Δx=at2，解得：a10–2=0.80 m/s2；‎ ‎（3）设绳子上拉力为F，对小车根据牛顿第二定律有：F=Ma①，对钩码有：mg–F=ma②，由①②解得：F，由此可知当小车的质量远大于塑料桶和桶中砝码的质量时，塑料桶和桶中砝码的重力等于绳子的拉力，故出现偏差的原因是所挂钩码的总质量太大，故C正确，ABD错误。 ‎ ‎1．某同学设计了如图甲所示的装置来研究小车的加速度与所受合力的关系。将装有力传感器的小车放置于水平长木板上，缓慢向小桶中加入细砂，直到小车刚开始运动为止，记下传感器的最大示数F0。再将小车放回原处并按住，继续向小桶中加入细砂，记下传感器的示数F1。释放小车，记录小车运动时传感器的示数F2。‎ ‎（1）接通频率为50 Hz的交流电源，释放小车，打出如图乙所示的纸带。从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，量出相邻计数点之间的距离，则小车的加速度a=________m/s2。（保留两位有效数字）‎ ‎（2）同一次实验中，F1________F2（选填“<”、“=”或“>”）‎ ‎（3）改变小桶中砂的重力，多次重复实验，获得多组数据，描绘小车加速度a与F的关系如图丙。不计纸带与计时器间的摩擦。图象中F是实验中测得的 A．F1 B．F2 C．F1–F0 D．F2–F0‎ ‎【答案】（1）0.16 （2）> （3）D ‎【解析】（1）从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，所以相邻的计数点间的时间间隔T=0.1 s，根据匀变速直线运动的推论公式∆x=aT2可以求出加速度的大小，得：；‎ ‎（2）对小桶受力分析，设小桶重力为mg，木板释放前力传感器的示数F1，所以F1=mg，设小车的重力为Mg，小车在加速运动时力传感器的示数F2，根据牛顿第二定律得：mg–F2=ma，所以F1>F2；‎ ‎（3）图象是过原点的一条倾斜的直线，已经平衡摩擦力，所以F应该表示小车受到的合力，即F=F2–F0，故D正确；故选D。‎ ‎【名师点睛】本题借助实验考查了匀变速直线的规律以及推论的应用，在平时练习中要加强基础知识的理解与应用，提高解决问题能力。解决实验问题首先要掌握该实验原理，了解实验的操作步骤和数据处理以及注意事项，其中平衡摩擦力的原因以及做法在实验中应当清楚。 数字化信息系统DIS（位移传感器、数据采集器、计算机等），应用传感器和数据采集器自动获取和输入实验数据，通过计算机的快速处理得到实验的结果，提高了教学效率，使学生可以有更多的时间用于自主探究活动，改变传统的教学模式。‎ 下面通过DIS在长木板上研究物体加速度与力的关系，如图（1）实验装置。‎ ‎（1）本实验中_____（填写“要”或者“不要”）平衡摩擦力。‎ ‎（2）本实验钩码所受的重力作为小车所受拉力，需要满足__________。‎ ‎（3）改变所挂钩码的数量，多次重复测量。通过多次实验，得到的数据，画出图象（如图2所示）。‎ 结果发现图象明显偏离直线，造成此误差的主要原因是_____。‎ A．小车与轨道之间存在摩擦 B．导轨保持了水平状态 C．所挂钩码的总质量太大 D．所用小车的质量太大 ‎（4）如图2，F不断增大，AB这一曲线不断延伸，那么加速度趋向值_____。如图2，F不断增大，那么绳子的拉力趋向值_____。‎ ‎【参考答案】（1）要 （2）钩码质量远小于小车（和位移传感器）质量 （3）C （4）g 小车（和位移传感器）的重量 ‎【详细解析】(1)在研究物体加速度与力的关系时，用钩码所受的重力作为小车所受的合力，所以需要平衡摩擦力；‎ ‎(2)以小车与钩码组成的系统为研究对象，系统所受的合外力等于钩码的重力mg，由牛顿第二定律得：mg=（M+m）a，小车的加速度a=，小车受到的拉力F=Ma=，‎ 当m<