4.2实验：探究加速度与力、质量的关系（解析版）.docx

4.2实验：探究加速度与力、质量的关系

1.能够设计探究加速度与力、质量的关系实验方案。

2.能够完成实验的操作和测量过程，以及通过控制变量法对数据进行图像处理，体验如何平衡摩擦力，减小系统误差（钩码所受的重力不等于小车所受的拉力等）的操作方法。

1．实验原理

(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，探究加速度与质量的关系．

(3)作出a－F图象和a－eq\f(1,m)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)测量：用天平测量小盘和砝码的质量m′和小车的质量m.

(2)安装：按照如实验原理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，使小车能匀速下滑．

(4)操作：①小盘通过细绳绕过滑轮系于小车上，先接通电源后放开小车，取下纸带编号码．

②保持小车的质量m不变，改变砝码和小盘的质量m′，重复步骤①.

③在每条纸带上选取一段比较理想的部分，测加速度a.

④描点作图，作a－F的图象．

⑤保持砝码和小盘的质量m′不变，改变小车质量m，重复步骤①和③，作a－eq\f(1,m)图象．

4．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和纸带受到的阻力．在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细绳系在小车上，让小车拉着穿过打点计时器的纸带匀速运动．

(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，后释放小车，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，eq\f(1,m)为横坐标，描点、连线，如果该线为过原点的直线，就能判定a与m成反比．

（2023秋?萨尔图区校级期末）某实验小组欲以如图所示实验装置“探究加速度与物体受力和质量的关系”．图中A为小车，B为装有砝码的小盘，C为一端带有定滑轮的长木板，小车通过纸带与电磁打点计时器（未画出）相连，小车的质量为m1，小盘（及砝码）的质量为m2。

（1）下列说法正确的是．

A．实验时先放开小车，再启动计时器

B．每次改变小车质量时，应重新平衡摩擦力

C．本实验中应满足m2远小于m1的条件

D．在用图象探究小车加速度与受力的关系时，应作a﹣m1图象

（2）在实验中挑选一条点迹清晰的纸带如下图，打点计时器的频率为50Hz，每5个点取一个计数点，用刻度尺测量计数点间的距离，纸带的一段如图所示，由纸带求得小车加速度为m/s2。（结果保留两位有效数字）

【解答】解：（1）A．实验时先启动计时器，再放开小车，故A错误；

B．设长木板与水平方向夹角为θ，在摩擦力平衡时有m1gsinθ＝μm1gcosθ，即sinθ＝μcosθ，可知每次改变小车质量时，不需要重新平衡摩擦力，故B错误；

C．本实验中只有满足m2远小于m1的条件，小盘（及砝码）重力和对小车的拉力才近似相等，故C正确；

D．在用图象探究小车加速度与受力的关系时，应作a﹣F图象，故D错误。

故选：C。

（2）相邻计数点间的时间间隔为：t

匀变速直线运动相邻相等时间位移差为定值Δx＝at2，根据逐差法求小车的加速度：a=x

（1）根据实验注意事项分析判断；

（2）根据逐差法求小车加速度；

（2023秋?雁塔区期末）采用如图甲所示的实验装置进行“探究加速度与力、质量的关系”的实验：

（1）把木板的一侧垫高，调节木板的倾斜度，使小车在不受牵引力时能拖动纸带沿木板匀速运动。此处采用的物理研究方法是；

A.理想化模型法 B.等效替代法 C.阻力补偿法

（2）除了图甲中所给器材以及交流电源和导线外，在下列器材中，还必须使用的器材是（选填正确选项的字母）。

A.秒表 B.天平（含砝码） C.刻度尺

（3）关于实验操作，下列说法正确的是；

A.实验前应调节滑轮高度，使滑轮和小车间的细线与木板平行

B.实验时应先释放小车，再接通打点计时器电源

C.每次改变小车所受的拉力