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1、实验四 探究加速度与物体受力、物体质量的关系【必备知识出主排查】一、基本思路与操作装置图和思路装置图和思路纸带/一端有 定滑轮 勺长木板小车打点计时器 实验台思路：(1)保持小车质量不变一测得不 同拉力下小车运动的加速度一分析二 者之间的定量关系.保持小车所受的拉力不变一测得不 同质量的小车运动的加速度一分析二 者的定量关系.操作要领测量：用天平测出小车和槽码的质量分别为Mo、mo,并 把数值记录下来.安装实验器材：将小车置于带有定滑轮的木板上，将纸 带穿过打点计时器后挂在小车尾部.(3)平衡摩擦力：用薄垫块将一端垫高，平衡摩擦力(改变小 车的质量或槽码的数量，无须重新平衡摩擦力).(4)悬挂
2、槽码：在细线一端挂上槽码，另一端系在小车前端. 收集纸带数据：先开启打点计时器，再释放小车，在纸 带上打出一系列点.(6)改变小车受力：保持小车的质量不变，通过增加槽码的 数量改变小车受力.(7)改变小车质量：保持槽码的数量(小车所受的拉力)不变, 通过增加或减少小车上的祛码的方式，改变小车的质量.二、数据处理和实验结论甲甲乙1 .利用/x = 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, 如图甲所示，说明a与F成正比.3.以a为纵坐标，焉为横坐标，描点、连线，如果连线为过原点的直线，如图乙所示, 就能判定a与M成反比.考前须知(1)实
3、验方法：控制变量法.(2)必须使槽码质量远小于小车总质量，其目的是用槽码重力替代小车所受的拉力.(3)平衡摩擦力应注意以下两点：不系槽码.连好纸带接通打点计时器，反复调节倾角，纸带上打出的点迹均匀分布时，说明已经 平衡了摩擦力.平衡摩擦力引起误差的原因摩擦力如何被平衡垫高长木板远离滑轮的一端平衡摩擦力的目的用小车所受的拉力替代合力平衡摩擦力的原理mg sin 0 = Fp改变小车的质量口寸，不需重新平衡摩擦力(1)质量的测量、纸带上计数点间距离的测量、细绳或纸带不与木板平行等都会造成误差.(2)实验原理不完善引起误差.(3)平衡摩擦力不准确会造成误差.【关键能力分层突破】考点一教材原型实验例1
4、在“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”实验中，做如下探究：(1)为猜测加速度与质量的关系，可利用图1所示装置进行比照实验.两小车放在水平板 上，前端通过钩码牵引，后端各系一条细线，用板擦把两条细线按在桌上，使小车静止.抬 起板擦，小车同时运动，一段时间后按下板擦，小车同时停下.比照两小车的位移，可知加 速度与质量大致成反比.关于实验条件，以下正确的选项是：(选填选项前的字母).图1图1板擦运动而整一一 -A.小车质量相同，钩码质量不同 B.小车质量不同，钩码质量相同 C.小车质量不同，钩码质量不同(2)某同学为了定量验证中得到的初步关系，设计实验并得到小车加速度a与质量M 的7组实验数据，
5、如下表所示.在图2所示的坐标纸上已经描好了 6组数据点，请将余下的1234 方保葭）图2(3)在探究加速度与力的关系实验之前，需要思考如何测“力”.请在图3中画出小车受力的示意图.为了简化“力”的测量，以下说法正确的选项是：(选填选项前的字母).图34使小车沿倾角合适的斜面运动，小车受力可等效为只受绳的拉力 区假设斜面倾角过大，小车所受合力将小于绳的拉力C无论小车运动的加速度多大，砂和桶的重力都等于绳的拉力 。让小车的运动趋近于匀速运动，砂和桶的重力才近似等于绳的拉力【跟进训练】1 .某组同学设计了 “探究加速度a与物体所受合力F及质量m的关系”实验.图甲为实 验装置简图，A为小车，B为电火花
6、计时器，C为装有细砂的小桶，D为一端带有定滑轮的 长方形木板，实验中认为细绳对小车的拉力F等于细砂和小桶的总重力，小车运动的加速度 a可用纸带上打出的点求得.(1)图乙为某次实验得到的纸带，实验所用电源的频率为50 z.根据纸带可求出电火 花计时器打B点时的速度为小，小车的加速度大小为次2.(结果均保存两 位有效数字)(2)在“探究加速度a与质量m的关系”时，某同学按照自己的方案将实验数据在坐标系 中进行了标注，但尚未完成图像如图丙所示.请继续帮助该同学作出坐标系中的图像.丙丁(3)在“探究加速度a与合力F的关系”时，该同学根据实验数据作出了加速度a与合力 F的图线如图丁，该图线不通过坐标原点
7、，试分析图线不通过坐标原点的原因考点二拓展创新型实验例2 2021湖南卷某实验小组利用图所示装置探究加速度与物体所受合外力的关 系.主要实验步骤如下：加速度记录器(1)用游标卡尺测量垫块厚度h,示数如图S)所示，h=cm；接通气泵，将滑块轻放在气垫导轨上，调节导轨至水平；在右支点下放一垫块，改变气垫导轨的倾斜角度；(4)在气垫导轨合适位置释放滑块，记录垫块个数n和滑块对应的加速度a；234567 ,图(c)234567 ,图(c)(5)在右支点下增加垫块个数(垫块完全相同)，重复步骤(4),记录数据如下表:n123456a/(m-s 2)0.0870.1800.2600.4250.519根据表
8、中数据在图(c)上描点，绘制图线.如果表中缺少的第4组数据是正确的，其应该是心2(保存三位有效数字).【跟进训练】2 .某同学设计进行“探究加速度与力、质量的关系”实验的装置如图甲所示.光电门1 2s光电门2匚导 6沙和沙桶图甲(1)轻质细绳一端系在小车上，绕过滑轮后另一端挂总质量m=0.5饺的沙和沙桶.屡次 调节长木板的倾角0,使小车沿斜面向下做匀速直线运动.通过计算机将两光电门的遮光时 间自动描绘在显示屏上，得到三次调节的图像如图乙所示，其中符合要求的是.遮挡/未遮挡遮挡遮挡/未遮挡遮挡ii1未遮挡H；*1 12,3/4B遮挡/未遮挡遮挡F：n未遮挡H/ 1 234C图乙(2)保持长木板的
9、倾角不变，取下细绳、沙和沙桶，然后让小车沿长木板滑下，计算机得 到图像如图丙所示.测得小车上遮光条的宽度为d = 2.3 mm ,那么小车加速度a = 加(结果保存3位有效数字)遮挡/未遮挡遮挡. ;一；未遮挡 32 36331333 10%图丙(3)当地的重力加速度g=9.8团/居 那么小车的质量M=加.(结果保存3位有效数 字)实验探究加速度与物体受力、物体质量的关系关键能力分层突破例1解析：(1)为了探究加速度与质量的关系，必须控制小车所受拉力相同，即钩码质 量相同，而让小车的质量不同，故B正确.(2)数据描点作-2图像如下图a/(m s 2)a/(m s 2)a/(m s-2)0.7:
10、0.6:，0.5 ：0.4：0.3:0.2：0.1 ：1234(kgT)(3)使小车沿倾角合适的斜面运动，小车所受重力沿斜面的分力刚好等于小车所受的摩擦 力，那么小车受力可等效为只受绳的拉力，故A正确；假设斜面倾角过大，重力沿斜面的分力大 于摩擦力，小车所受合力将大于绳的拉力，不利于简化“力”的测量，故B错误；由牛顿第 二定律可知，无论小车运动的加速度多大，砂和桶的重力都大于绳的拉力，故C错误；当小 车的质量远大于砂和桶的质量时，砂和桶的重力近似等于绳的拉力，故D错误.应选A.1Mg答案：(1)B (2)如解析图(3)见解析图 A1.解析：(1/C这段位移的平均速度等于力。这段时间中间时刻的瞬
11、时速度，即8点的 瞬时速度，故m/s= 1.6 m/s.m/s= 1.6 m/s.AB+BC(6.19+6.70)x10 - 24T4X0.02由逐差法求解小车的加速度,(CD+DE)-(AB+BC)7=4X(2T)2(7.21 + 7.72-6.19-6.70)x10一2. 9=73 m/铲4X(2XO.O2)2= 3.2 m/s2.(2)将坐标系中各点连成一条直线，连线时应使直线过尽可能多的点，不在直线上的点应 大致对称地分布在直线的两侧，离直线较远的点应视为错误数据，不予考虑，连线如下图：a/(m*s-2)(3)图线与横轴有截距，说明实验前没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够.答案：1.6 3
12、.2 (2)见解析(3)实验前没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够例2 解析：(1)根据游标卡尺读数规那么可知=10 mm+2X0.1 mm= 1.02 cm.(5)根据题 表中数据描点连线，绘制图线如下图，由图可知第4组数据中的加速度为0.345 m/s，答案：(1)1.02 (5)如下图0.3452.解析：(1)小车做匀速直线运动，遮光条通过光电门的时间相等，由图示图像可知B 符合要求.(2)小车运动过程中经过光电门1的平均速度功=3=0.575 m/s,经过光电门212 Tl的平均速度。2=3=1.150 m/s；小车经过光电门中间时刻的瞬时速度等于小车经过光电门 t4-t3的平均速度，小车从经过光电门1的中间时刻到经过光电门2的中间时刻的时间，=电署一 鱼薯=0.298 s,所以小车的加速度为。=1.93 m/s2.(3)保持长木板的倾角不变，取下细 绳、沙和沙桶后，小车受到的合力b=mg=0.5X9.8N=4.9N,取下细绳、沙和沙桶后，根 据牛顿第二定律得小车的质量M=l=2.54 kg.答案:(1)B (2)1.93 (3)2.54