配套K12高考物理一轮复习 第三章 牛顿运动定律 实验四 探究加速度与力质量的关系学案.docx

1、配套K12高考物理一轮复习 第三章 牛顿运动定律 实验四 探究加速度与力质量的关系学案实验四探究加速度与力、质量的关系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aF图象和a图象，确定其关系.2.实验器材小车、砝码、小盘、细绳、一端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：按照如图1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).图1(3)平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端

2、下面垫上一块薄木块，使小车能匀速下滑.(4)操作：小盘通过细绳绕过定滑轮系于小车上，先接通电源后放开小车，断开电源，取下纸带编号码.保持小车的质量m不变，改变小盘和砝码的质量m，重复步骤.在每条纸带上选取一段比较理想的部分，测加速度a.描点作图，作aF的图象.保持小盘和砝码的质量m不变，改变小车质量m，重复步骤和，作a图象.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：mm.(4)一先一后一按：改变拉力和小

3、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.3.数据处理(1)利用xaT2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，如果该线为过原点的直线，就能判定a与m成反比.命题点一教材原型实验例

4、1用图2甲所示装置探究物体的加速度与力的关系.实验时保持小车(含车中重物)的质量M不变，细线下端悬挂钩码的总重力作为小车受到的合力F，用打点计时器测出小车运动的加速度a.图2(1)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.平衡摩擦力时，在细线的下端悬挂钩码，使小车在线的拉力作用下能匀速下滑C.每次改变小车所受的拉力后都要重新平衡摩擦力D.实验时应先接通打点计时器电源，后释放小车(2)图乙为实验中打出纸带的一部分，从比较清晰的点迹起，在纸带上标出连续的5个计数点A、B、C、D、E，相邻两个计数点之间都有4个点迹未标出，测出各计数点到A点间的距离

5、.已知所用电源的频率为50Hz，打B点时小车的速度v_m/s，小车的加速度a_ m/s2.(3)改变细线下端钩码的个数，得到aF图象如图丙所示，造成图线上端弯曲的原因可能是_.答案(1)AD(2)0.3160.93(3)随所挂钩码质量m的增大，不能满足Mm.解析(1)在调节木板倾斜度平衡小车受到的滑动摩擦力时，不应悬挂钩码，故B错误；由于平衡摩擦力之后有MgsinMgcos，故tan ，所以无论小车的质量是否改变，小车所受的滑动摩擦力都等于小车的重力沿斜面方向的分力，改变小车所受的拉力，不需要重新平衡摩擦力，故C错误.(2)已知打点计时器电源频率为50 Hz，则纸带上相邻计数点间的时间间隔为T

6、50.02 s0.1 s根据xaT2可得：xCExACa(2T)2，小车运动的加速度为am/s20.93 m/s2B点对应的速度：vBm/s0.316 m/s，(3)随着力F的增大，即随所挂钩码质量m的增大，不能满足Mm，因此图线上部出现弯曲现象.1.(1)我们已经知道，物体的加速度a同时跟合外力F和质量M两个因素有关.要研究这三个物理量之间的定量关系，需采用的思想方法是_.(2)某同学的实验方案如图3所示，她想用砂桶的重力表示小车受到的合外力F，为了减少这种做法带来的实验误差，她先做了两方面的调整措施：图3a.用小木块将长木板无滑轮的一端垫高，目的是_.b.使砂桶的质量远小于小车的质量，目的

7、是使拉小车的力近似等于_.(3)该同学利用实验中打出的纸带求加速度时，处理方案有两种：A.利用公式a计算B.根据逐差法利用a计算两种方案中，选择方案_比较合理.答案(1)控制变量法(2)平衡摩擦力砂桶的重力(3)B2.为了“探究加速度与力、质量的关系”，现提供如图4所示的实验装置：图4(1)以下实验操作正确的是()A.将木板不带滑轮的一端适当垫高，使小车在砝码及砝码盘的牵引下恰好做匀速运动B.调节滑轮的高度，使细线与木板平行C.先接通电源后释放小车D.实验中小车的加速度越大越好(2)在实验中，得到一条如图5所示的纸带，已知相邻计数点间的时间间隔为T0.1s，且间距x1、x2、x3、x4、x5、

8、x6已量出分别为3.09cm、3.43cm、3.77cm、4.10cm、4.44cm、4.77cm，则小车的加速度a_m/s2.(结果保留两位有效数字)图5(3)有一组同学保持小车及车中的砝码质量一定，探究加速度a与所受外力F的关系，他们在轨道水平及倾斜两种情况下分别做了实验，得到了两条aF图线，如图6所示.图线_是在轨道倾斜情况下得到的(填“”或“”)；小车及车中砝码的总质量m_kg.图6答案(1)BC(2)0.34(3)0.5解析(1)将不带滑轮的木板一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀速运动，以使小车的重力沿斜面的分力和摩擦力抵消，那么小车的合力就是细线的拉力，故选项A错误；细

9、线的拉力为小车的合力，所以应调节定滑轮的高度使细线与木板平行，故B正确；实验时，应使小车靠近打点计时器由静止释放，先接通电源后释放小车，故选项C正确；实验时，为了减小实验的误差，小车的加速度应适当大一些，但不是越大越好.故D错误.(2)根据逐差法得：a0.34 m/s2.(3)由图线可知，当F0时，a0，也就是说当细线上没有拉力时小车就有加速度，所以图线是轨道倾斜情况下得到的，根据Fma得aF图象的斜率k，由aF图象得图象斜率k2，所以m0.5 kg.命题点二实验拓展创新例2(2016全国23)某物理课外小组利用图7中的装置探究物体加速度与其所受合外力之间的关系.图中，置于实验台上的长木板水平

10、放置，其右端固定一轻滑轮；轻绳跨过滑轮，一端与放在木板上的小滑车相连，另一端可悬挂钩码.本实验中可用的钩码共有N5个，每个质量均为0.010kg.实验步骤如下：图7(1)将5个钩码全部放入小车中，在长木板左下方垫上适当厚度的小物块，使小车(和钩码)可以在木板上匀速下滑.(2)将n(依次取n1,2,3,4,5)个钩码挂在轻绳右端，其余Nn个钩码仍留在小车内；用手按住小车并使轻绳与木板平行.释放小车，同时用传感器记录小车在时刻t相对于其起始位置的位移s，绘制st图象，经数据处理后可得到相应的加速度a.(3)对应于不同的n的a值见下表.n2时的st图象如图8所示；由图求出此时小车的加速度(保留2位有

11、效数字)，将结果填入下表.n12345a/(ms2)0.200.580.781.00图8(4)利用表中的数据在图9中补齐数据点，并作出an图象.从图象可以看出：当物体质量一定时，物体的加速度与其所受的合外力成正比.图9(5)利用an图象求得小车(空载)的质量为_kg(保留2位有效数字，重力加速度取g9.8ms2).(6)若以“保持木板水平”来代替步骤(1)，下列说法正确的是_(填入正确选项前的标号)A.an图线不再是直线B.an图线仍是直线，但该直线不过原点C.an图线仍是直线，但该直线的斜率变大答案(3)0.39(4)见解析图(5)0.44(6)B解析(3)因为小车做初速度为零的匀加速直线运

12、动，将图中点(2,0.78)代入sat2可得，a0.39m/s2.(4)根据描点法可得如图所示图线.(5)根据牛顿第二定律可得nmg(M5m)a，则an，图线斜率k，可得M0.44kg(6)若保持木板水平，则小车运动中受到摩擦力的作用，n的数值相同的情况下，加速度a变小，直线的斜率变小.绳的拉力等于摩擦力时，小车才开始运动，图象不过原点，选项B正确.利用图象处理数据的方法技巧1.利用图象处理实验数据是实验中最常用的方法，解决本题的基本对策是写出图象对应的函数，困难便迎刃而解.2.画an图象时，所画直线要符合以下要求：让尽可能多的点落在直线上；不能落在直线上的点要均匀分布于直线的两侧；一定要利用

13、直尺画线.例3(2015新课标全国22)某同学用图10(a)所示的实验装置测量物块与斜面之间的动摩擦因数.已知打点计时器所用电源的频率为50Hz，物块下滑过程中所得到的纸带的一部分如图(b)所示，图中标出了五个连续点之间的距离.图10(1)物块下滑时的加速度a_m/s2，打C点时物块的速度v_ m/s；(2)已知重力加速度大小为g，为求出动摩擦因数，还必须测量的物理量是_(填正确答案标号).A.物块的质量B.斜面的高度C.斜面的倾角答案(1)3.251.79(2)C解析(1)根据纸带数据可知，加速度a3.25m/s2；打C点时物块的速度vC1.79m/s.(2)由牛顿第二定律得加速度agsin

14、gcos，所以要求出动摩擦因数，还必须测量的物理量是斜面的倾角.3.在用DIS研究小车加速度与外力的关系时，某实验小组先用如图11(a)所示的实验装置，重物通过滑轮用细线拉小车，在小车和重物之间接一个不计质量的微型力传感器，位移传感器(发射器)随小车一起沿水平轨道运动，位移传感器(接收器)固定在轨道一端，实验中力传感器的拉力为F，保持小车包括位移传感器(发射器)的质量不变，改变重物重力重复实验若干次，得到加速度与外力的关系如图(b)所示.图11(1)小车与轨道的滑动摩擦力Ff_N.(2)从图象中分析，小车包括位移传感器(发射器)的质量为_kg.(3)该实验小组为得到a与F成正比的关系，应将斜面

15、的倾角调整到tan_.答案(1)0.67(2)0.67(3)0.1解析(1)根据图象可知，当F0.67 N时，小车开始有加速度，则Ff0.67 N，(2)根据牛顿第二定律aF，则aF图象的斜率表示小车包括位移传感器(发射器)质量的倒数，则M0.67 kg.(3)为得到a与F成正比的关系，则应该平衡摩擦力，则有：MgsinMgcos解得：tan ，根据FfMg得：0.1所以tan 0.1.4.如图12所示，某同学设计了一个测量滑块与木板间的动摩擦因数的实验装置，装有定滑轮的长木板固定在水平实验台上，木板上有一滑块，滑块右端固定一个动滑轮，钩码和弹簧测力计通过绕在滑轮上的轻绳相连，放开钩码，滑块在

16、长木板上做匀加速直线运动.图12(1)实验得到一条如图13所示的纸带，相邻两计数点之间的时间间隔为0.1s，由图中的数据可知，滑块运动的加速度大小是_m/s2.(计算结果保留两位有效数字)图13(2)读出弹簧测力计的示数F，处理纸带，得到滑块运动的加速度a；改变钩码个数，重复实验.以弹簧测力计的示数F为纵坐标，以加速度a为横坐标，得到的图象是纵轴截距为b的一条倾斜直线，如图14所示.已知滑块和动滑轮的总质量为m，重力加速度为g，忽略滑轮与绳之间的摩擦.则滑块和木板之间的动摩擦因数_.图14答案(1)2.4(2) 解析(1)加速度am/s22.4 m/s2(2)滑块受到的拉力FT为弹簧测力计示数的两倍，即：FT2F滑块受到的摩擦力为：Ffmg由牛顿第二定律可得：FTFfma解得力F与加速度a的函数关系式为：Fa由图象所给信息可得图象截距为：b解得：.