【物理】2019届一轮复习人教版 实验：探究加速度与力、质量的关系 学案

【物理】2019届一轮复习人教版 实验：探究加速度与力、质量的关系 学案

‎ ‎ 第13讲 实验：探究加速度与力、质量的关系 ‎【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．掌握利用图象处理数据的方法。‎ ‎【实验原理】‎ 探究加速度a与力F及质量M的关系时，应用的基本方法是控制变量法，即先控制一个参量——小车的质量M不变，讨论加速度a与力F的关系，再控制小盘和砝码的质量不变，即力F不变，改变小车质量M，讨论加速度a与M的关系。‎ ‎【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。‎ ‎【实验步骤】‎ ‎1．用天平测量小盘的质量m0和小车的质量M0。‎ ‎2．按图所示把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细绳系在小车上(即不给小车加牵引力)。‎ ‎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板，反复移动薄木板的位置，直至小车在斜面上运动时可以保持匀速直线运动状态。这时，小车拖着纸带运动时受到的摩擦阻力恰好与小车所受的重力在斜面方向上的分力平衡。‎ ‎4．把小车停在打点计时器处，并在小盘内放入适量的砝码，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。‎ ‎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。‎ ‎7．改变小车上砝码的个数，重复步骤(6)。‎ ‎【数据处理】‎ ‎1．保持小车质量不变时，计算各次小盘和砝码的重力(作为小车的合力)及对应纸带的加速度填入表(一)中。‎ 表(一)‎ 实验次数 加速度a/(m·s－2)‎ 小车受力F/N ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎2.保持小盘内的砝码个数不变时，计算各次小车和砝码的总质量及对应纸带的加速度，填入表(二)中。‎ 表(二)‎ 实验次数 加速度 a/(m·s－2)‎ 小车和砝码的总质量M/kg ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎3．需要记录各组对应的加速度a与小车所受牵引力F，然后建立直角坐标系，用纵坐标表示加速度a，横坐标表示作用力F，描点画a－F图象，如果图象是一条过原点的直线，便证明加速度与作用力成正比。再记录各组对应的加速度a与小车和砝码总质量M，然后建立直角坐标系，用纵坐标表示加速度a，横坐标表示总质量的倒数，描点画a－图象，如果图象是一条过原点的直线，就证明了加速度与质量成反比。‎ ‎【误差分析】‎ ‎1．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小于小盘和砝码的总重力)，存在系统误差。‎ ‎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。‎ ‎【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。‎ ‎5．一先一后一按住：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，且应在小车到达定滑轮前按住小车。‎ ‎6．作图：作图时，两坐标轴的比例要适当，要使尽可能多的点落在所作直线上，不在直线上的点应尽可能对称地分布在所作直线两侧。‎ 过关检测 一、实验题（本大题共6小题，每小题10分，共60分。）‎ ‎1．某实验小组利用图示的装置探究加速度与力、质量的关系：‎ ‎（1）下列做法正确的是 （填字母代号）‎ A、调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行 B、在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴木块上 C、实验时，先放开木块，再接通打点计时器的电源 D、通过增减木块上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度 ‎（2）为使砝码桶及桶内砝码的总重力在数值上近似等于木块运动时受到的拉力，应满足的条件是砝码桶及桶内砝码的总质量 （填“远大于”，“远小于”，或“近似等于”）远小于 木块和木块上砝码的总质量。‎ ‎（3）甲、乙两同学在同一实验室，各取一套图示的装置放在水平桌面上，木块上均不放砝码，在没有平衡摩擦力的情况下，研究加速度与拉力的关系，分别得到图中甲、乙两条直线，设甲、乙用的木块质量分别为，甲、乙用的木块与木板间的动摩擦因数分别为，由图可知， 小于 ‎， 大于 ‎（填“大于”、“小于”或“等于”）‎ ‎2．在《探究加速度与力、质量的关系》实验中。‎ ‎① 某组同学用如图所示装置，采用控制变量的方法，来研究小车质量不变的情况下，小车的加速度与小车受到力的关系。下列措施中不需要或不正确的是 （ ）‎ A. 首先要平衡摩擦力，使小车受到合力就是细绳对小车的拉力。‎ B. 平衡摩擦力的方法就是，在塑料小桶中添加砝码，使小车能匀速滑动。‎ C. 每次改变拉小车拉力后都需要重新平衡摩擦力 D. 实验中通过在塑料桶中增加砝码来改变小车受到的拉力 E. 每次小车都要从同一位置开始运动 F. 实验中应先放小车，然后再开打点计时器的电源 ‎② 某组同学实验得出数据，画出的a -的关系图线，如图所示。从图象中可以看出，作用在物体上的恒力F= N。当物体的质量为5 kg时，它的加速度为______m/s2。‎ ‎3．某实验小组欲以图甲所示实验装置“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相连，小车的质量为m1，小盘（及砝码）的质量为m2。（重力加速度g取10 m/s2）‎ ‎（1）下列说法正确的是（　　）‎ A．实验时先放开小车，再接通打点计时器的电源 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）某同学平衡好摩擦阻力后，在保持小车质量不变的情况下，通过多次改变砝码重力，作出小车加速度a与砝码重力F的图象如图乙所示．若牛顿第二定律成立，，则小车的质量为________kg（结果取2位有效数字），小盘的质量为________kg（结果取1位有效数字）。‎ ‎（3）实际上，在砝码的重力越来越大时，小车的加速度不能无限制地增大，将趋近于某一极限值，此极限值为_______m/s2。‎ ‎4．小华所在的实验小组利用如图所示的实验装置探究牛顿第二定律，打点计时器使用的交流电频率f =50Hz，当地的重力加速度为g。‎ ‎（1）在实验前必须进行平衡摩擦力，其步骤如下：取下细线和砂桶，把木板不带滑轮的一端适当垫高并反复调节，直到轻推小车，小车做_______________运动。‎ ‎（2）图（乙）是小华同学在正确操作下获得的一条纸带，其中A、B、C、D、E每两点之间还有4个点没有标出.若s1=2.02cm，s2=4.00cm，s3=6.01cm，则B点的速度为：vB=_________m/s（保留三位有效数字）。‎ ‎（3）在平衡好摩擦力的情况下，探究小车加速度a与小车质量M的关系中，某次实验测得的数据如表所示．根据这些数据在坐标图中描点并作出a-图线．从a-图线求得合外力大小为______N（计算结果保留两位有效数字）．‎ ‎5．某同学设计了如下实验方案用来‘验证牛顿运动定律’:‎ ‎（1）如图甲所示，将木板有定滑轮的一端垫起，把滑块通过细绳与带夹的重锤相连，然后跨过定滑轮，重锤下夹一纸带，穿过打点计时器。调整木板倾角，直到轻推滑块后，滑块沿木板向下匀速运动。‎ ‎（2）如图乙所示，保持长木板的倾角不变，将打点计时器安装在长木板上靠近滑轮处，取下细绳和重锤，将滑块与纸带相连，使其穿过打点计时器，然后接通电源释放滑块，使之由静止开始加速运动。打点计时器使用的交流电的频率为50Hz，打出的纸带如图丙所示，A, B, C,D,E是纸带上五个计数点。‎ ‎①图乙中滑块下滑的加速度为　　　　　　。（结果保留两位有效数字)‎ ‎②若重锤质量为m，滑块质量为M,重力加速度为g，则滑块加速下滑受到的合力为_______。‎ ‎③某同学在保持滑块质量不变的情况下，通过多次改变滑块所受合力，由实验数据作出的a-F，图象如图丁所示，则滑块的质量为　　　　　　kg。（结果保留两位有效数字）‎ ‎6．如图1所示，为“探究加速度与力、质量的关系” 实验装置，获得了小车加速度a与沙及沙桶的质量及小车和砝码的质量对应关系图。沙桶和沙子的总质量为m1，小车和车上砝码的总质量为m2，重力加速度为g。‎ ‎（1）实验中打点计时器所用电源的频率为50 Hz，打出的其中一条纸带如图所示，由该纸带可求得小车的加速度a＝________ m/s2。‎ ‎（2）实验时，某同学由于疏忽，遗漏了平衡摩擦力这一步骤，测得，作出图象，他可能作出图2中________ （选填“甲”、“ 乙”、“ 丙”）图线。此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是________________________________________。‎ ‎（3）实验时，某同学遗漏了平衡摩擦力这一步骤，若轨道水平，他测量得到的图象，如图3。设图中直线的斜率为k，在纵轴上的截距为b，则小车与木板间的动摩擦因数________，沙桶和沙子的总质量________。（认为绳的拉力等于沙桶和沙子的总重力，忽略空气阻力及细线与滑轮的摩擦）‎ 参考答案 ‎1、【答案】（1）AD； （2）远小于；（3）小于，大于；‎ ‎2、【答案】①BCEF；②5，1；‎ ‎3、【答案】（1）C （2）； ；（3）；‎ ‎4、【答案】（1）匀速直线运动 ‎（2）‎ ‎（3）‎ 描点、连线如图所示 ‎；‎ ‎5、【答案】3.9 mg 2.0(1.8-2.2)；‎ ‎6、【答案】⑴ 0.88 ⑵ 丙，没有满足m1远小于m2 ⑶， ；‎