第3章 實(shí)驗(yàn)4　探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系

試驗(yàn)四探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系目標(biāo)要求1.理解試驗(yàn)的原理，明確試驗(yàn)過程并能進(jìn)行數(shù)據(jù)處理.2.了解試驗(yàn)的留意事項(xiàng)，會(huì)對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行誤差分析.3.能用創(chuàng)新改進(jìn)后的方案進(jìn)行試驗(yàn)．試驗(yàn)技能儲(chǔ)備1．試驗(yàn)?zāi)康?1)學(xué)會(huì)用把握變量法爭(zhēng)辯物理量之間的關(guān)系．(2)探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系．(3)把握利用圖像處理數(shù)據(jù)的方法．2．試驗(yàn)器材小車、槽碼、細(xì)繩、一端附有定滑輪的長(zhǎng)木板、墊木、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、同學(xué)電源、導(dǎo)線、紙帶、天平、刻度尺、坐標(biāo)紙等．3．試驗(yàn)原理(1)保持質(zhì)量不變，探究加速度與____________的關(guān)系．(2)保持合外力不變，探究加速度與________的關(guān)系．(3)作出a－F圖像和a－eq\f(1,m)圖像，確定a與F、m的關(guān)系．4．試驗(yàn)過程(1)測(cè)量：用天平測(cè)量槽碼的質(zhì)量m′和小車的質(zhì)量m.(2)安裝：依據(jù)如圖所示裝置把試驗(yàn)器材安裝好，只是不把懸掛槽碼的細(xì)繩系在小車上(即不給小車____________)．(3)補(bǔ)償阻力：在長(zhǎng)木板不帶定滑輪的一端下面墊上墊木，使小車能________下滑．(4)操作：①槽碼通過細(xì)繩繞過定滑輪系于小車上，先________________后________________，斷開電源，取下紙帶，編號(hào)碼．②保持小車的質(zhì)量m不變，轉(zhuǎn)變槽碼的質(zhì)量m′，重復(fù)步驟①.③在每條紙帶上選取一段比較抱負(fù)的部分，計(jì)算加速度a.④描點(diǎn)作圖，作a－F的圖像．⑤保持槽碼的質(zhì)量m′不變，轉(zhuǎn)變小車質(zhì)量m，重復(fù)步驟①和③，作a－eq\f(1,m)圖像．5．?dāng)?shù)據(jù)處理(1)利用逐差法或v－t圖像法求a.(2)以a為縱坐標(biāo)，F(xiàn)為橫坐標(biāo)，描點(diǎn)、畫線，假如該線為過原點(diǎn)的直線，說明a與F成正比．(3)以a為縱坐標(biāo)，eq\f(1,m)為橫坐標(biāo)，描點(diǎn)、畫線，假如該線為過原點(diǎn)的直線，就能判定a與m成反比．6．留意事項(xiàng)(1)開頭試驗(yàn)前首先補(bǔ)償阻力：適當(dāng)墊高木板不帶定滑輪的一端，使小車的重力沿斜面方向的分力正好補(bǔ)償________________________．在補(bǔ)償阻力時(shí)，不要把懸掛槽碼的細(xì)繩系在小車上，讓小車?yán)┻^打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶勻速運(yùn)動(dòng)．(2)試驗(yàn)過程中不用重復(fù)補(bǔ)償阻力．(3)試驗(yàn)必需保證的條件：________.(4)一先一后一按：轉(zhuǎn)變拉力或小車質(zhì)量后，每次開頭時(shí)小車應(yīng)盡量靠近________________，并應(yīng)先________________，后______________，且應(yīng)在小車到達(dá)滑輪前按住小車．7．誤差分析(1)試驗(yàn)原理不完善：本試驗(yàn)用槽碼的總重力代替小車的拉力，而實(shí)際上小車所受的拉力要小于槽碼的總重力．(2)補(bǔ)償阻力不精確?????、質(zhì)量測(cè)量不精確?????、計(jì)數(shù)點(diǎn)間距離測(cè)量不精確?????、紙帶和細(xì)繩不嚴(yán)格與木板平行都會(huì)引起誤差．考點(diǎn)一教材原型試驗(yàn)例1用如圖所示的裝置驗(yàn)證牛頓其次定律．(1)除了圖中所給器材以及溝通電源和導(dǎo)線外，在下列器材中，還必需使用的兩種器材是________(選填正確選項(xiàng)的字母)．A．秒表 B．天平(含砝碼)C．彈簧測(cè)力計(jì) D．刻度尺(2)試驗(yàn)前補(bǔ)償阻力的做法是：把試驗(yàn)器材安裝好，先不掛砂桶，將小車放在木板上，后面固定一條紙帶，紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器．用墊塊把木板一端墊高，接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，讓小車以肯定初速度沿木板向下運(yùn)動(dòng)，并不斷調(diào)整木板的傾斜度，直到小車拖動(dòng)紙帶沿木板做________運(yùn)動(dòng)．(3)為使砂桶和砂的總重力在數(shù)值上近似等于小車運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的拉力，需滿足的條件是砂桶及砂的總質(zhì)量________小車的總質(zhì)量．(選填“遠(yuǎn)大于”“遠(yuǎn)小于”或“近似等于”)(4)試驗(yàn)中打出的一條紙帶的一部分如圖所示．紙帶上標(biāo)出了連續(xù)的3個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)A、B、C，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有4個(gè)點(diǎn)沒有標(biāo)出．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在頻率為50Hz的溝通電源上．則打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打B點(diǎn)時(shí)，小車的速度vB＝________m/s.多測(cè)幾個(gè)點(diǎn)的速度作出v－t圖像，就可以算出小車的加速度．(5)為爭(zhēng)辯加速度和力的關(guān)系，要保證____________的總質(zhì)量不變，轉(zhuǎn)變砂桶內(nèi)砂的質(zhì)量，重復(fù)做幾次試驗(yàn)，通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)來爭(zhēng)辯加速度和力的關(guān)系．(6)在爭(zhēng)辯加速度與質(zhì)量的關(guān)系時(shí)，要保證砂和砂桶的質(zhì)量不變．若砂和砂桶的質(zhì)量m與小車的總質(zhì)量M間的關(guān)系不滿足第(3)問中的條件，由試驗(yàn)數(shù)據(jù)作出a和eq\f(1,M＋m)的圖線，則圖線應(yīng)如圖中的________所示(選填正確選項(xiàng)的字母)．例2(2023·寧夏平羅中學(xué)高三檢測(cè))某同學(xué)預(yù)備做“探究加速度與力的關(guān)系”和“探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系”試驗(yàn)．試驗(yàn)中，他將懸掛物的重力大小視為小車受到的細(xì)線拉力大?。?1)在補(bǔ)償小車所受的阻力時(shí)，以下操作錯(cuò)誤的是圖________(選填“甲”或“乙”)；(2)已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用交變電源的頻率為50Hz.該同學(xué)某次試驗(yàn)得到的紙帶如圖所示，A、B、C、D、E是5個(gè)連續(xù)的計(jì)數(shù)點(diǎn)．相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間有四個(gè)點(diǎn)未畫出，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表中所示，其中有一組數(shù)據(jù)讀取不當(dāng)，這組數(shù)據(jù)是________(選填A(yù)、B、C、D或E)．依據(jù)上述信息可得小車的加速度大小為____m/s2(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)；計(jì)數(shù)點(diǎn)ABCDE位置坐標(biāo)(cm)4.505.507.309.9013.3(3)在探究加速度與力的關(guān)系時(shí)，該同學(xué)依據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)作出的a－F圖像如圖丙所示，發(fā)覺該圖線不通過坐標(biāo)原點(diǎn)且BC段明顯偏離直線，分析其產(chǎn)生的緣由，下列說法正確的是________．A．不通過坐標(biāo)原點(diǎn)可能是由于補(bǔ)償阻力不足B．不通過坐標(biāo)原點(diǎn)可能是由于補(bǔ)償阻力過度C．圖線BC段彎曲可能是懸掛物總質(zhì)量未滿足遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量的條件考點(diǎn)二探究創(chuàng)新試驗(yàn)考向1試驗(yàn)器材的創(chuàng)新例3(2023·山東濰坊市模擬)如圖甲所示，某試驗(yàn)小組利用驗(yàn)證牛頓其次定律的試驗(yàn)裝置測(cè)定物塊與木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)，試驗(yàn)裝置固定連接完畢后，調(diào)整木板及物塊右側(cè)兩段細(xì)繩水平，初步試用各個(gè)器件工作正常．試驗(yàn)開頭時(shí)在砂桶中放入適量的細(xì)砂，系統(tǒng)開頭工作，物塊做加速運(yùn)動(dòng)，打出的紙帶如圖乙所示，已知所用溝通電源的頻率為50Hz，重力加速度大小為g.(1)除圖中所給的試驗(yàn)器材外，以下器材還必需選用的有________；A．天平 B．刻度尺C．秒表 D．干電池(2)已讀出彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為F，為進(jìn)一步測(cè)量動(dòng)摩擦因數(shù)，下列物理量中還需測(cè)量的有________；A．木板的長(zhǎng)度L B．物塊的質(zhì)量mC．砂和砂桶的質(zhì)量M D．物塊的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t(3)圖乙中給出了試驗(yàn)中獵取的紙帶的一部分?jǐn)?shù)據(jù)，0、1、2、3、4、5是計(jì)數(shù)點(diǎn)，每相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)(圖中未標(biāo)出)，計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離如圖乙所示．則打下計(jì)數(shù)點(diǎn)2時(shí)物塊對(duì)應(yīng)的速度大小v＝____m/s；本次試驗(yàn)物塊對(duì)應(yīng)的加速度大小a＝______m/s2；(結(jié)果均保留三位有效數(shù)字)(4)轉(zhuǎn)變砂桶內(nèi)細(xì)砂的質(zhì)量，測(cè)量出對(duì)應(yīng)的加速度a和彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F.若用圖像法處理數(shù)據(jù)，得到了如圖丙所示的一條傾斜的直線，假如該圖線的橫軸截距等于b，斜率為k.則動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝______(用題目中給的b、k、g表示)．例4(2021·湖南卷·11)某試驗(yàn)小組利用圖(a)所示裝置探究加速度與物體所受合外力的關(guān)系．主要試驗(yàn)步驟如下：(1)用游標(biāo)卡尺測(cè)量墊塊厚度h，示數(shù)如圖(b)所示，h＝________cm；(2)接通氣泵，將滑塊輕放在氣墊導(dǎo)軌上，調(diào)整導(dǎo)軌至水平；(3)在右支點(diǎn)下放一墊塊，轉(zhuǎn)變氣墊導(dǎo)軌的傾斜角度；(4)在氣墊導(dǎo)軌合適位置釋放滑塊，記錄墊塊個(gè)數(shù)n和滑塊對(duì)應(yīng)的加速度a；(5)在右支點(diǎn)下增加墊塊個(gè)數(shù)(墊塊完全相同)，重復(fù)步驟(4)，記錄數(shù)據(jù)如下表：n123456a/(m·s－2)0.0870.1800.2600.4250.519依據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖(c)上描點(diǎn)，繪制圖線．假如表中缺少的第4組數(shù)據(jù)是正確的，其應(yīng)當(dāng)是________m/s2(保留三位有效數(shù)字)．考向2試驗(yàn)方案的創(chuàng)新例5(2020·浙江7月選考·17(1))做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”試驗(yàn)時(shí)，圖甲是教材中的試驗(yàn)方案；圖乙是拓展方案，其試驗(yàn)操作步驟如下：(ⅰ)掛上托盤和砝碼，轉(zhuǎn)變木板的傾角，使質(zhì)量為M的小車拖著紙帶沿木板勻速下滑；(ⅱ)取下托盤和砝碼，測(cè)出其總質(zhì)量為m，讓小車沿木板下滑，測(cè)出加速度a；(ⅲ)轉(zhuǎn)變砝碼質(zhì)量和木板傾角，多次測(cè)量，通過作圖可得到a－F的關(guān)系．(1)試驗(yàn)獲得如圖所示的紙帶，計(jì)數(shù)點(diǎn)a、b、c、d、e、f間均有四個(gè)點(diǎn)未畫出，則在打d點(diǎn)時(shí)小車的速度大小vd＝________m/s(保留兩位有效數(shù)字)；(2)需要滿足條件M?m的方案是________(選填“甲”“乙”或“甲和乙”)；在作a－F圖像時(shí)，把mg作為F值的是________(選填“甲”“乙”或“甲和乙”)．考向3試驗(yàn)?zāi)康牡膭?chuàng)新例6(2019·全國(guó)卷Ⅱ·22)如圖(a)，某同學(xué)設(shè)計(jì)了測(cè)量鐵塊與木板間動(dòng)摩擦因數(shù)的試驗(yàn)．所用器材有：鐵架臺(tái)、長(zhǎng)木板、鐵塊、米尺、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、頻率50Hz的溝通電源、紙帶等．回答下列問題：(1)鐵塊與木板間動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝______________(用木