【物理】2019届一轮复习人教版 实验四　探究加速度与力、质量的关系 学案 40页

实验四　探究加速度与力、质量的关系 板块一　主干梳理·夯实基础 ‎　实验原理与操作 ‎◆　实验目的 ‎1．学会用控制变量法研究物理规律。‎ ‎2．探究加速度与力、质量的关系。‎ ‎3．掌握利用图象处理数据的方法。‎ ‎◆　实验原理 探究加速度a与力F及质量M的关系时，应用的基本方法是控制变量法，即先控制一个参量——小车的质量M不变，讨论加速度a与力F的关系，再控制砝码和小盘的质量不变，即力F不变，改变小车质量M，讨论加速度a与M的关系。‎ ‎◆　实验器材 打点计时器、纸带、复写纸片、小车、一端附有定滑轮的长木板，小盘、砝码、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平(带有一套砝码)、刻度尺。‎ ‎◆　实验步骤 ‎1．称量质量——用天平测量小盘的质量m0和小车的质量M0。‎ ‎2．装器材——按照如图所示装置把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细绳系在小车上(即不给小车牵引力)。‎ ‎3．平衡摩擦力——在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块，反复移动薄木块的位置，直至小车在斜面上运动时可以保持匀速运动状态。‎ ‎4．让小车靠近打点计时器，挂上小盘和砝码，先接通电源，再让小车拖着纸带在木板上匀加速下滑，打出一条纸带。计算小盘和砝码的重力，即为小车所受的合外力，由纸带计算出小车的加速度，并把力和对应的加速度填入表1中。‎ ‎5．改变小盘内砝码的个数，重复步骤4，并多做几次。‎ ‎6．保持小盘内的砝码个数不变，在小车上放上砝码改变小车的质量，让小车在木板上滑动打出纸带。计算砝码和小车的总质量M，并由纸带计算出小车对应的加速度，并将所对应的质量和加速度填入表2中。‎ ‎7．改变小车上砝码的个数，重复步骤6，并多做几次。‎ 表1‎ 实验次数 加速度a/(m·s－2)‎ 小车受力F/N ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ 表2‎ 实验次数 加速度a/(m·s－2)‎ 小车和砝码的总质量M/kg ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎　数据处理与分析 ‎◆　数据处理 ‎1．计算加速度——先在纸带上标明计数点，测量各计数点间的距离，根据逐差法计算各条纸带对应的加速度。‎ ‎2．作图象找关系——根据记录的各组对应的加速度a与小车所受牵引力F，建立直角坐标系，描点画aF图象，如果图象是一条过原点的倾斜直线，便证明加速度与作用力成正比。再根据记录的各组对应的加速度a与小车和砝码总质量M，建立直角坐标系，描点画a－图象，如果图象是一条过原点的倾斜直线，就证明了加速度与质量成反比。‎ ‎◆　误差分析 ‎1．因实验原理不完善引起误差。以小车、小盘和砝码整体为研究对象得 mg＝(M＋m)a；以小车为研究对象得F＝Ma；求得F＝‎ ·mg＝·mga2‎ C．N1＝N2 D．N1fm，则m2的加速度小于m1的加速度，m2相对于m1下滑，故D项正确。‎ ‎10．[2018·安徽十校联考](多选)如图，一滑块随传送带一起顺时针匀速运动，当滑块运动到中间某个位置时，由于某种原因，传送带突然原速率反向转动，则滑块在传送带上运动的整个过程中，其对地速度v1及相对传送带的速度v2随时间变化关系图象可能为(　　)‎ 答案　ABC 解析　开始时，滑块受到静摩擦力Ff1＝mgsinθ(θ为传送带与水平面之间的夹角)，当传送带突然原速率反向转动时，滑块受到的摩擦力方向不变，但变成滑动摩擦力，如果滑动摩擦力Ff2＝mgsinθ ‎，则滑块继续向下做匀速运动，此时滑块相对传送带向下匀速运动，A、C正确；若滑动摩擦力Ff2＞mgsinθ，则滑块可能先向下减速运动，然后反方向加速运动，最后与传送带共速，B正确，D错误。‎ 二、非选择题 ‎11．[2014·全国卷Ⅰ]某同学利用图a所示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m的对应关系图，如图b所示。实验中小车(含发射器)的质量为200 g，实验时选择了不可伸长的轻质细绳和轻定滑轮，小车的加速度由位移传感器及与之相连的计算机得到。回答下列问题：‎ ‎(1)根据该同学的结果，小车的加速度与钩码的质量成________(填“线性”或“非线性”)关系。‎ ‎(2)由图b可知，am图线不经过原点，可能的原因是____________________。‎ ‎(3)若利用本实验装置来验证“在小车质量不变的情况下，小车的加速度与作用力成正比”的结论，并直接以钩码所受重力mg 作为小车受到的合外力，则实验中应采取的改进措施是____________。钩码的质量应满足的条件是____________________。‎ 答案　(1)非线性　(2)存在摩擦力　(3)调节轨道的倾斜度以平衡摩擦力　远小于小车的质量 解析　(1)由小车的加速度与钩码质量的关系图可知，描的点不在一条直线上，两者为非线性关系。‎ ‎(2)由关系图可知，当a＝0时钩码质量不为零，即小车受到一定的拉力时，其加速度为零，原因可能是小车受到摩擦力的作用。‎ ‎(3)调节轨道的倾斜度，平衡摩擦力，使得小车受的合力等于绳对小车的拉力。分别对小车和钩码受力分析，由牛顿第二定律得，F＝Ma和mg－F＝ma，解得F＝，可知当M≫m时，F≈mg。因此，平衡摩擦力后，再使钩码的质量远小于小车的质量，就可以直接以钩码的重力作为小车受到的合外力。‎ ‎12．[2018·山东青岛调研]某实验小组所用的实验装置如图甲所示，通过改变砂桶内砂的质量研究加速度与力的关系。图中带滑轮的长木板水平放置于桌面上，一端拴有砂桶的细绳通过小车的滑轮与拉力传感器相连，拉力传感器可直接显示所受到的拉力大小。‎ ‎(1)下列操作必要且正确的是________。‎ A．小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，打出一条纸带，同时记录传感器的示数 B．改变砂的质量重复实验，打出几条纸带 C．用天平测出砂和砂桶的质量 D．为了减小误差，实验中一定要保证砂和砂桶的质量远小于小车的质量 ‎(2)实验中得到如图乙所示的一条纸带，相邻计数点间的时间间隔为T，各相邻计数点间的距离分别为s1、s2、s3、s4，则加速度的计算表达式为________；若以传感器的示数F为横坐标，通过纸带分析得到的加速度a为纵坐标，下面画出的aF图象中合理的是________。‎ ‎(3)若(2)问中的四个图线(包括C中的直线部分)的斜率为k，则小车的质量为________。‎ 答案　(1)AB　(2)a＝　B　(3) 解析　‎ ‎(1)小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，打出一条纸带，同时记录传感器的示数，A正确；改变砂的质量重复实验，打出几条纸带，B正确；因有传感器记录拉力大小，故不需用天平测出砂和砂桶的质量，C错误；因有传感器显示小车受到的拉力，故实验中没必要保证砂和砂桶的质量远小于小车的质量，D错误。‎ ‎(2)根据Δx＝aT2可得s3－s1＝2a1T2，s4－s2＝2a2T2，则a＝＝；若以传感器的示数F为横坐标，通过纸带分析得到的加速度a为纵坐标，根据牛顿第二定律得2F－Ff＝ma，则图象应为B。‎ ‎(3)由2F－Ff＝ma，可得a＝F－，则＝k，故m＝。‎