高考物理考点12 实验：探究加速度与力、质量的关系 11页

1 考点 12 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；；网 （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。 m 1 2 实验数据的处理 （2018·云南保山）某同学利用图甲所示装置来研究加速度与力的关系。他将光电门 1 和 2 分别固定 在长木板的 A、B 两处，换用不同的重物通过细线拉同一小车（小车质量约为 200 克），每次小车都从同一 位置由静止释放。 （1）长木板右端垫一物块，其作用是用来________________； （2）用游标卡尺测得遮光条的宽度为______cm； （3）对于所挂重物的质量，以下取值有利于减小实验误差的是________（填选项） A．1 克 B．5 克 C．10 克 D．40 克 （4）现用该装置来探究功与速度变化的关系，关闭光电门 2，测出多组重物的质量 m 和对应遮光条通 过光电门 1 的时间 Δt，通过描点作出线性图象，应作出_____图象（填选项） A．Δt–m B．Δt2–m C． D． 【参考答案】（1）平衡摩擦力 （2）0.52 （3）BC （4）D ，由此可知若画出 m− 图象，图象为过原点的直线，会更直观形象，故 ABC 错误，D 正确。 1 Δm t 2 1 Δ m t    2 2 1 2 Δ d Mm gs t    2 1 Δt 3 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）/网 （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： 【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。 4 对实验的综合考查 （2018·浙江宁波北仑中学）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<