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1、一、实验目的1学会用控制变量法研究物理规律2探究加速度与力、质量的关系3掌握灵活运用图象处理问题的方法二、实验原理控制变量法，在所研究的问题中，有两个以上的参量在发生牵连变化时，可以控制某个或某些量不变，只研究其中两个量之间的变化关系的方法，这也是物理学中研究问题时经常采用的方法本实验中，研究的参量为F、m 和a，可以控制参量m 一定，研究F 与a的关系，也可控制参量F 一定，研究m 与a的关系三、实验器材打点计时器；纸带及复写纸；小车；一端附有定滑轮的长木板；小盘和砝码；细绳；低压交流电源；导线；天平；刻度尺四、实验步骤(如图)1用天平测量小盘的质量m0和小车的质量M0.2把一端附有滑轮的长
2、木板放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上远离滑轮的一端，连接好电路3平衡摩擦力：小车的尾部挂上纸带，纸带穿过打点计时器的限位孔，将木板无滑轮的一端稍微垫高一些，使小车在不挂小盘和砝码的情况下，能沿木板做匀速直线运动这样小车所受重力沿木板的分力与小车所受滑动摩擦力平衡在保证小盘和砝码的质量远小于小车质量的条件下，可以近似认为小盘和砝码的总重力大小等于小车所受的合外力的大小4把小车停在打点计时器处，挂上小盘和砝码，先接通电源，再让小车拖着纸带在木板上匀加速下滑，打出一条纸带计算小盘和砝码的重力，即为小车所受的合外力，由纸带计算出小车的加速度，并把力和对应的加速度填入表(一)中
3、5改变小盘内砝码的个数，重复步骤4，并多做几次6保持小盘内的砝码个数不变，在小车上放上砝码改变小车的质量，让小车在木板上滑动打出纸带计算砝码和小车的总质量M，并由纸带计算出小车对应的加速度 7改变小车上砝码的个数，重复步骤6，并将所对应的质量和加速度填入表(二)中表(一)表(二)实验次数 加速度a/(ms2)小车受力F/N1234实验次数 加速度a/(ms2)砝码和小车的总质量M/kg1234六、误差分析1质量的测量误差，纸带上打点计时器打点间隔距离的测量误差，拉线或纸带不与木板平行等都会造成误差2因实验原理不完善造成误差：本实验中用小盘和砝码的总重力代替小车受到的拉力(实际上小车受到的拉力要
4、小于小盘和砝码的总重力)，存在系统误差小盘和砝码的总质量越接近小车的质量，误差就越大；反之，小盘和砝码的总质量越小于小车的质量，误差就越小3平衡摩擦力不准造成误差：在平衡摩擦力时，除了不挂小盘外，其他的都跟正式实验一样(比如要挂好纸带、接通打点计时器)，匀速运动的标志是打点计时器打出的纸带上相邻点的距离相等七、注意事项1在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细线系在小车上，即不要给小车加任何牵引力，并要让小车拖着打点的纸带运动2实验步骤2、3不需要重复，即整个实验平衡了摩擦力后，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3每条纸带必须在满足小车与车上所加砝码的
5、总质量远大于小盘和砝码的总质量的条件下打出只有如此，小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力4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，再放开小车，且应在小车到达滑轮前按住小车5作图象时，要使尽可能多的点在所作直线上，不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线两侧6作图时两轴标度比例要选择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7为提高测量精度(1)应舍掉纸带上开头比较密集的点，在后边便于测量的地方找一个起点(2)可以把每打五次点的时间作为时间单位，即从开始点起，每五个点标出一个计数点，而相邻计数点间的时间间隔为T 0.1 s.八、实验
6、改进本实验中可以用气垫导轨来代替长木板，这样就省去了平衡小车摩擦力的麻烦，小车的加速度也可以利用传感器，借助于计算机来处理 实验原理和注意事项 如图所示的是做探究牛顿第二定律实验中打出的一条纸带，相邻记数点的时间间隔为T，间距s1，s2，s3，s6已测量出(1)请写出三个不同的计算加速度的表达式(2)甲、乙两同学用同一装置实验，画出了各自的aF 图象(如图1所示)这两个同学在做实验时，采用的哪一个物理量不同？试比较其大小(3)如图2所示，是丙同学根据测量数据画出的aF 图线，表示实验的问题是_(2)由aF 图象上，对应F 相同时，由图象可知a甲a乙，F 相同时加速度与质量成反比，则m甲m乙，即
7、甲、乙两同学的实验所用小车和砝码的总质量不同，且m甲m乙(3)没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够 答案 见规范解答实验数据的处理(2009年高考江苏卷)“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”的实验装置如图甲所示(1)在平衡小车与桌面之间摩擦力的过程中，打出了一条纸带如图乙所示计时器打点的时间间隔为0.02 s，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该小车的加速度a_ m/s2.(结果保留两位有效数字)(2)平衡摩擦力后，将5个相同的砝码都放在小车上挂上砝码盘，然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中，测量小车的加速度小车的加速度a与砝码盘中砝码总重力F 的实验数据如下表
8、：请根据实验数据作出aF 的关系图象(3)根据提供的实验数据作出的aF 图线不通过原点，请说明主要原因 规范解答(1)由题意可知计数间隔T 5T00.1 s.由s aT2和s 0.16 cm 1.6103 m 可得：a0.16 m/s2.(2)aF 图线如图所示(3)平衡小车与桌面之间的摩擦力，aF 图象仍不通过原点，可能是 在计算F 时忘记加入砝码盘的重力，使作出的图象向左平移造成的 答案(1)0.16(2)见规范解答(3)忘记加入砝码盘的重力如图所示的实验装置可以验证牛顿运动定律，小车上固定一个盒子，盒子内盛有砂子砂桶的总质量(包括桶以及桶内砂子质量)记为m，小车的总质量(包括车、盒子及盒
9、内砂子质量)记为M.(1)验证在质量不变的情况下，加速度与合外力成正比：从盒子中取出一些砂子，装入砂桶中，称量并记录砂桶的总重力mg，将该力视为合外力F，对应的加速度a则从打下的纸带中计算得出多次改变合外力F 的大小，每次都会得到一个相应的加速度本次实验中，桶内的砂子取自小车中，故系统的总质量不变以合外力F 为横轴，以加速度a为纵轴，画出aF 图象，图象是一条过原点的直线aF 图象斜率的物理意义是_你认为把砂桶的总重力mg 当作合外力F 是否合理？答：_.(填“合理”或“不合理”)本次实验中，是否应该满足M m 这样的条件？答：_(填“是”或“否”)；理由是_(2)验证在合外力不变的情况下，加
10、速度与质量成反比：保持桶内砂子质量m 不变，在盒子内添加或去掉一些砂子，验证加速度与质量的关系本次实验中，桶内的砂子总质量不变，故系统所受的合外力不变用图象法处理数据时，以加速度a为纵轴，应该以_倒数为横轴 本章的命题热点主要集中在以下几点：1灵活运用隔离法和整体法求解加速度相等的连接体，注意两个物体受力上的联系，即牛顿第三定律2用正交分解法解决受力较为复杂的问题，在正交的两个方向上应用牛顿运动定律或平衡条件3综合应用牛顿运动定律和运动学规律分析、解决问题，注重考查运动上的连接1.在光滑水平面上有一质量为m 的物块受到水平恒力F 的作用而运动，在其正前方固定一个足够长的劲度系数为k的轻质弹簧，
11、如图所示在物块与弹簧接触且向右运动的过程中，下列说法正确的是()A 物块在接触弹簧的过程中一直做减速运动B 物块接触弹簧后先加速后减速，当弹力等于F 时其速度最大C 当弹簧处于压缩量最大时，物块的加速度等于F/mD 当物块的速度为零时，弹簧的压缩量等于F/k解析：物块接触弹簧后，弹簧形变量逐渐增大，开始一段时间弹力小于F，所以物块会继续向右加速，直到弹力等于F，此时加速度为0，但速度到最大；物块继续向右运动，弹簧形变量继续增大，弹力大于F，加速度方向变为向左，开始减速，直到速度为零故A 错，B 对；由于无法得知物块接触弹簧时的速度，弹簧的最大形变量无法得知，故加速度不能确定，故C 错；物块速度
12、为零时，弹簧压缩量必大于F/k，故D 错答案：B2刚买回车的第一天，小明和父母去看望亲朋，小明的爸爸决定驾车前行当拐一个弯时，发现前面是一个上坡一个小男孩追逐一个球突然跑到车前小明爸爸急踏刹车，车轮在马路上划出一道12 m 长的黑带后停住幸好没有撞着小男孩！小男孩若无其事地跑开了路边目睹了全过程的一位交通警察走过来，递过来一张超速罚款单，并指出这段路最高限速是60 km/h.小明对当时的情况作了调查：估计路面与水平面间的夹角为15；查课本可知轮胎与路面的动摩擦因数 0.60；从汽车说明书中查出该汽车的质量是1 570 kg，小明的体重是60 kg；目击者告诉小明小男孩重30 kg，并用3.0
13、s 的时间跑过了4.6 m 宽的马路又知cos 15 0.9 659，sin 15 0.2 588.根据以上信息，你能否用学过的物理知识到法庭为小明爸爸做无过失辩护？(g取9.8 m/s2)答案：见解析 3跳水是一项优美的水上运动，如图甲所示是跳水比赛中小将陈若琳和王鑫在跳台上腾空而起的英姿其中陈若琳的体重约为30 kg，身高约为1.40 m，她站在离水面10 m 高的跳台上，重心离跳台面的高度约为0.80 m，竖直向上跃起后重心升高0.45 m 达到最高点，入水时身体竖直，当手触及水面时伸直双臂做一个翻掌压水花的动作，如图乙所示，这时陈若琳的重心离水面约为0.80 m 设她在入水及在水中下沉过程中受到的水的作用力大小不变空气阻力可忽略不计，重力加速度g取10 m/s2.(结果保留两位有效数字)(1)求陈若琳从离开跳台到手触及水面的过程中可用于完成一系列动作的时间；(2)若陈若琳入水后重心下沉到离水面约 2.2 m 处速度变为零，试估算水对陈若 琳的阻力的大小答案：(1)1.7 s(2)1.3103 N 本小节结束请按ESC键返回