2018版浙江省高考物理教师文档讲义：第三章实验四-探究加速度与力、质量的关系(学考)（6页） 6页

实验四　探究加速度与力、质量的关系(学考)‎ ‎[考纲解读]　(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。‎ 注意事项 ‎1．实验方法：控制变量法。‎ ‎2．平衡摩擦力：在平衡摩擦力时，不要悬挂小盘，但小车应连着纸带且接通电源。用手给小车一个初速度，如果在纸带上打出的点的间隔是均匀的，表明小车受到的阻力跟它的重力沿斜面向下的分力平衡。‎ ‎3．不重复平衡摩擦力：平衡了摩擦力后，不管以后是改变小盘和砝码的总质量还是改变小车和砝码的总质量，都不需要重新平衡摩擦力。‎ ‎4．实验条件：M≫m只有如此，小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力。‎ ‎5．一先一后一按住：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，后放开小车，且应在小车到达滑轮前按住小车。‎ ‎6．作图：作图时两轴标度比例要适当，各量须采用国际单位，这样作图线时，坐标点间距不至于过密，误差会小些。‎ 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mg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。‎ 考点一　实验原理与基本操作 ‎1．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，需要平衡摩擦力。平衡摩擦力时，应该让小车(　　)‎ A．挂上小盘，拖上纸带，开动打点计时器 B．不挂小盘，拖上纸带，开动打点计时器 C．挂上小盘，不拖纸带 D．不挂小盘，不拖纸带 解析　平衡摩擦力时，应把纸带所受的摩擦阻力一起平衡掉，所以应让小车拖上纸带，且让打点计时器处于工作状态，B正确。‎ 答案　B ‎2．在保持小车质量m不变，探究加速度a与力F的关系时，小车质量m和小盘及盘中砝码质量m′分别选取下列四组值。若其他操作都正确，要使所画出的a－F图线较准确，应选用的一组值是(　　)‎ A．m＝500 g，m′分别为50 g、70 g、100 g、125 g B．m＝500 g，m′分别为20 g、30 g、40 g、50 g C．m＝200 g，m′分别为50 g、70 g、100 g、125 g D．m＝100 g，m′分别为30 g、40 g、50 g、60 g 解析　探究a与F的关系时，应满足小车的质量远大于小盘和盘中砝码的总质量，即m≫m′，故B正确。‎ 答案　B ‎3．在用实验探究加速度和力、质量的关系时，下列关于实验的思路和数据分析，不正确的是(　　)‎ A．实验的基本思想是：保持物体的质量不变，测量物体在不同力作用下的加速度，分析加速度与力的关系 B．实验的基本思想是：保持物体所受力相同，测量质量不同的物体在该力作用下的加速度，分析加速度与质量的关系 C．在处理实验数据中，以a为纵坐标，F 为横坐标，根据数据在坐标系中描点，若这些点在一条过原点的直线上，说明a与F成正比 D．在处理实验数据时，以a为纵坐标，m为横坐标，根据数据在坐标系中描点，若这些点在一条过原点的直线上，说明a与m成正比 解析　本实验就是利用控制变量法得到a、F、m三者的关系，A、B、C所述实验的思路和道理符合要求，故正确。‎ 答案　D ‎4．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，关于平衡摩擦力的说法中正确的是(　　)‎ A．“平衡摩擦力”的本质就是想法让小车受到的摩擦力为零 B．“平衡摩擦力”的本质就是使小车所受的细绳的拉力与所受到的摩擦阻力相平衡 C．“平衡摩擦力”的目的就是要使小车所受的合力等于所挂钩码通过细绳对小车施加的拉力 D．“平衡摩擦力”时应将小车在钩码通过细绳和滑轮而拉动运动过程中进行调整 答案　C 考点二　实验数据处理与误差分析 ‎1．如图所示是某些同学根据实验数据画出的图象，下列说法中正确的是(　　)‎ A．形成图甲的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大 B．形成图乙的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小 C．形成图丙的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大 D．形成图丁的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大 解析　A图表明，当尚未加拉力时，小车就有加速度，造成的原因是平衡摩擦力时木板倾角过大；B图表明，当 ‎＝0即质量无穷大时，在一个有限大小的力作用下产生了加速度，故也是因为平衡摩擦力时木板倾角过大；D图图线与轴交点表明，小车在一拉力作用下，加速度却为0，故是因为平衡摩擦力时木板倾角过小，故只有选项A正确。‎ 答案　A ‎2．如图所示，为某同学安装的“验证牛顿第二定律”的实验装置，在小车的前端固定一个传感器，和砂桶连接的细线接在传感器上，通过传感器可显示出细线的拉力。在图示状态下开始做实验。‎ ‎(1)从图上可以看出，该同学在装置和操作中的主要错误是________________。‎ ‎(2)若砂和砂桶的质量为m，小车和传感器的总重量为M，做好此实验_______(填“需要”或“不需要”)M≫m的条件。‎ 解析　(2)不加传感器时将砂和砂桶的重力作为细线的拉力，而接了传感器后细线的拉力可以直接读出。‎ 答案　(1)未平衡摩擦力；细线与木板不平行；开始实验时，小车离打点计时器太远　(2)不需要 ‎3．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，下图给出的是实验中获取的一条纸带的一部分：0、1、2、3、4、5、6是计数点，每相邻两计数点间还有4个点(图中未标出，打点计时器频率为50 Hz)，计数点间的距离如图所示。‎ ‎(1)根据图中数据计算的加速度a＝________ m/s2；(保留三位有效数字)‎ ‎(2)为减小误差，该实验要求小车的质量M跟砝码和小盘的总质量m的关系是M________m。‎ 解析　(1)由题意可得计数点间的时间间隔为T＝0.1 s，由匀变速直线运动规律得 a＝≈0.496 m/s2。‎ ‎(2)为了让小盘及盘中砝码的重力近似等于小车(含砝码)所受的合力，小车(含砝码)的质量M须远大于小盘及盘中砝码的总质量m，即M≫m。‎ 答案　(1)0.496　(2)≫‎ ‎4．有一同学探究“物体加速度与物体质量、物体所受合外力的关系”的过程如图所示，其中F、2F分别是小车所受的合外力，M、2M分别是小车的总质量，根据实验数据得到如图所示的v－t图象。‎ ‎(1)要分析加速度与质量的关系，应选用的两个过程是________；要分析加速度与合外力的关系，应选用的两个过程是________。‎ ‎(2)从图中相应的v－t图线可知：甲车的加速度a甲和丙车的加速度a丙的数量关系为________，结合两车的质量和受力情况，可以得到结论：_______________。‎ 答案　(1)甲、丙(或乙、丁)　甲、乙(或丙、丁)‎ ‎(2)a甲＝2a丙　当物体所受合外力相同时，物体的加速度与质量成反比 ‎5．在探究加速度与力的关系时，小车的质量一定，某同学根据精确的测量，记录实验数据如表所示；‎ 小车的质量m/kg 小车受的拉力F/N 小车的加速度a/(m·s－2)‎ ‎1.00‎ ‎0.10‎ ‎0.08‎ ‎0.30‎ ‎0.22‎ ‎0.50‎ ‎0.42‎ ‎0.70‎ ‎0.59‎ ‎(1)在下图坐标中，作出a－F图象；‎ ‎(2)分析图象得到的结论是____________________________________________；‎ ‎(3)图象斜率的物理意义是____________________________________________；‎ ‎(4)在你所作出的a－F图象中，F等于小盘及盘中砝码所受重力，实际上比系小盘的细线的真实拉力________(填“大”或“小”)。‎ 解析　(1)图象如图所示。‎ ‎(2)质量m一定时，加速度a与拉力F成正比。‎ ‎(3)质量的倒数。‎ ‎(4)因为小盘和盘中砝码也要向下做加速运动，所以取F等于小盘及盘中砝码所受重力，实际上比系小盘的细线的真实拉力大。‎ 答案　见解析