探究加速度 力 质量的关系.docVIP

实验四　探究加速度与力、质量的关系 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． 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：mm′. (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. 考点一　对实验原理和误差分析的考查 例1　用如图1所示装置做“探究物体的加速度跟力的关系”的实验．实验时保持小车的质量不变，用钩码所受的重力作为小车受到的合力，用打点计时器和小车后端拖动的纸带测出小车运动的加速度． 图1 (1)实验时先不挂钩码，反复调整垫木的左右位置，直到小车做匀速直线运动，这样做的目的是_____________________________________________________________________． (2)图2为实验中打出的一条纸带的一部分，从比较清晰的点迹起，在纸带上标出了连续的5个计数点A、B、C、D、E，相邻两个计数点之间都有4个点迹没有标出，测出各计数点到A点之间的距离，如图所示．已知打点计时器接在频率为50 Hz的交流电源两端，则此次实验中小车运动的加速度的测量值a＝________ m/s2.(结果保留两位有效数字) 图2 (3)实验时改变所挂钩码的质量，分别测量小车在不同外力作用下的加速度．根据测得的多组数据画出a－F关系图线，如图3所示．此图线的AB段明显偏离直线，造成此现象的主要原因可能是________．(选填下列选项的序号)A．小车与平面轨道之间存在摩擦 B．平面轨道倾斜角度过大 C．所挂钩码的总质量过大 D．所用小车的质量过大 解析　(1)使平面轨道的右端垫起，让小车重力沿斜面方向的分力与它受的摩擦阻力平衡，才能认为在实验中小车受的合外力就是钩码的拉力，所以这样做的目的是平衡小车运动中所受的摩擦阻力． (2)由Δx＝aT2和逐差法可知 a＝＝ ＝ m/s2＝1.0 m/s2 (3)在实验中认为细绳的张力F就是钩码的重力mg 实际上，细绳张力F′＝Ma，mg－F′＝ma 即F′＝·mg a＝·mg＝F 所以当拉力F变大时，m必定变大，必定减小．当Mm时，a－F图象为直线，当不满足Mm时，便有a－F图象的斜率逐渐变小，选项C正确． 答案　(1)平衡小车运动中所受的摩擦阻力　(2)1.0(3)C 考点二　对实验步骤和数据处理的考查 例2　(2012·全国·23)图4为验证牛顿第二定律的实验装置示意图．图中打点计时器的电源为50 Hz的交流电源，打点的时间间隔用Δt表示．在小车质量未知的情况下，某同学设计了一种方法用来探究“在外力一定的条件下，物体的加速度与其质量间的关系”． 图4 (1)完成下列实验步骤中的填空 ①平衡小车所受的阻力：小吊盘中不放物块，调整木板右端的高度，用手轻拨小车，直到打点计时器打出一系列_