【物理】2018届一轮复习人教版探究加速度与力、质量的关系学案(1) 5页

专题13 探究加速度与力、质量的关系 ‎1.学会用控制变量法研究物理规律.‎ ‎2.学会灵活运用图象法处理物理问题的方法.‎ ‎3.探究加速度与力、质量的关系，并验证牛顿第二定律．‎ 基本实验要求 ‎1．实验原理(见实验原理图)‎ ‎(1)保持质量不变，探究加速度跟合外力的关系．‎ ‎(2)保持合外力不变，确定加速度与质量的关系．‎ ‎(3)作出a－F图象和a－图象，确定其关系．‎ ‎2．实验器材 小车、砝码、小盘、细绳、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．‎ ‎3．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．‎ 规律方法总结 ‎1．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．‎ ‎2．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．‎ ‎3．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.‎ ‎★典型案例★如图所示，质量为M的滑块A放在一端带有滑轮的粗糙长木板上，平衡摩擦力后，安装在水平桌边缘，1、2是固定在木板上的两个光电门，中心间的距离为L。滑块A上固定一宽度为d的遮光条，在质量为m的重物B牵引下从木板的顶端由静止滑下，光电门1、2记录的遮光时间分别为和。‎ ‎（1）用此装置验证牛顿第二定律，且认为A受到外力的合力等于B的重力，则实验必须满足的条件还有 ；实验测得的加速度为 （用上述字母表示）；‎ ‎（2）用此装置研究外力做功与物体动能的改变，以A为研究对象，且认为A受到外力的合力等于B的重力，外力做功的表达式是 ，动能改变量是 。‎ ‎【答案】（1），‎ ‎（2），‎ ‎【名师点睛】解决本题的关键知道验证牛顿第二定律实验中的两个认为：1、认为绳子的拉力等于滑块的合力，（前提需平衡摩擦力），2、认为重物的拉力等于绳子的拉力，（前提是重物的质量远小于滑块的质量）。‎ ‎★针对练习1★如图1所示，为“探究加速度与力、质量的关系”实验装置及数字化信息系统获得了小车加速度a与钩码的质量及小车和砝码的质量对应关系图．钩码的质量为m1，小车和砝码的质量为m2，重力加速度为g．‎ ‎（1）下列说法正确的是 ．‎ A．每次在小车上加减砝码时，应重新平衡摩擦力 B．实验时若用打点计时器应先释放小车后接通电源 C．本实验m2应远小于m1‎ D．在用图象探究加速度与质量关系时，应作a﹣图象 ‎（2）实验时，某同学由于疏忽，遗漏了平衡摩擦力这一步骤，测得F=m‎1g，作出a﹣F图象，他可能作出图2中 （选填“甲”、“乙”、“丙”）图线．此图线的AB段明显偏离直线，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．钩码的总质量太大 D．所用小车的质量太大 ‎（3）实验时，某同学遗漏了平衡摩擦力这一步骤，若轨道水平，他测量得到的a﹣‎ 图象，如图3．设图中直线的斜率为k，在纵轴上的截距为b，则小车与木板间的动摩擦因数μ= ，钩码的质量m1= ．‎ ‎（4）实验中打出的纸带如图4所示．相邻计数点间的时间是0.1s，由此可以算出小车运动的加速度是 m/s2．‎ ‎【答案】（1）D（2）丙，C（3），（4）0.46‎ ‎★针对练习2★某同学用图示的装置来验证加速度和质量成反比，在自制的双层架子上固定平板玻璃，架子放在水平桌面上，连接小车的细绳跨过定滑轮与小桶相连，实验步骤如下：‎ ‎①在两个小桶中装入适量细砂，并使两桶质量（含沙子）相同 ‎②两车紧靠架子左边的挡板，在乙车上放一个砝码，同时释放两车，当车运动一段时间后，用手机对整个装置进行拍照，在照片上，通过装置上的刻度尺，测出甲、乙两车运动的距离s1，s2，‎ ‎③在乙车上逐渐增加砝码个数，重复步骤②‎ ‎（1）本实验的原理是通过验证小车发生的位移与小车的质量成___，来验证合外力一定时加速度与质量成反比；‎ ‎（2）实验前，该同学将装置的左端适当垫高了一些，目的是 ；实验过程中___车 ‎（填“甲”或“乙”）受到的拉力更接近沙桶（含沙子）的重力.‎ ‎（3）若该同学以s1/s2为横坐标，以乙车（含砝码）的质量m为纵坐标，作出的图线是直线，该直线的斜率为___的质量（填“甲车”、“乙车”（含砝码）或“沙桶”（含沙子））.‎ ‎【答案】（1）反比（2）平衡摩擦力；乙；（3）甲车 ‎【名师点睛】该实验难度不大，但是题目比较新颖，注意利用题目给定的情形，结合课本此实验的注意事项可以解答；关键是记住此实验的几个重要的问题；平衡摩擦力和小车的质量远大于重物的质量. ‎