第3章 實驗4　探究加速度與力、質量的關系

試驗四探究加速度與力、質量的關系目標要求1.理解試驗的原理，明確試驗過程并能進行數(shù)據(jù)處理.2.了解試驗的留意事項，會對試驗進行誤差分析.3.能用創(chuàng)新改進后的方案進行試驗．試驗技能儲備1．試驗目的(1)學會用把握變量法爭辯物理量之間的關系．(2)探究加速度與力、質量的關系．(3)把握利用圖像處理數(shù)據(jù)的方法．2．試驗器材小車、槽碼、細繩、一端附有定滑輪的長木板、墊木、打點計時器、同學電源、導線、紙帶、天平、刻度尺、坐標紙等．3．試驗原理(1)保持質量不變，探究加速度與____________的關系．(2)保持合外力不變，探究加速度與________的關系．(3)作出a－F圖像和a－eq\f(1,m)圖像，確定a與F、m的關系．4．試驗過程(1)測量：用天平測量槽碼的質量m′和小車的質量m.(2)安裝：依據(jù)如圖所示裝置把試驗器材安裝好，只是不把懸掛槽碼的細繩系在小車上(即不給小車____________)．(3)補償阻力：在長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槽碼通過細繩繞過定滑輪系于小車上，先________________后________________，斷開電源，取下紙帶，編號碼．②保持小車的質量m不變，轉變槽碼的質量m′，重復步驟①.③在每條紙帶上選取一段比較抱負的部分，計算加速度a.④描點作圖，作a－F的圖像．⑤保持槽碼的質量m′不變，轉變小車質量m，重復步驟①和③，作a－eq\f(1,m)圖像．5．數(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，F(xiàn)為橫坐標，描點、畫線，假如該線為過原點的直線，說明a與F成正比．(3)以a為縱坐標，eq\f(1,m)為橫坐標，描點、畫線，假如該線為過原點的直線，就能判定a與m成反比．6．留意事項(1)開頭試驗前首先補償阻力：適當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償________________________．在補償阻力時，不要把懸掛槽碼的細繩系在小車上，讓小車拉著穿過打點計時器的紙帶勻速運動．(2)試驗過程中不用重復補償阻力．(3)試驗必需保證的條件：________.(4)一先一后一按：轉變拉力或小車質量后，每次開頭時小車應盡量靠近________________，并應先________________，后______________，且應在小車到達滑輪前按住小車．7．誤差分析(1)試驗原理不完善：本試驗用槽碼的總重力代替小車的拉力，而實際上小車所受的拉力要小于槽碼的總重力．(2)補償阻力不精確?????、質量測量不精確?????、計數(shù)點間距離測量不精確?????、紙帶和細繩不嚴格與木板平行都會引起誤差．考點一教材原型試驗例1用如圖所示的裝置驗證牛頓其次定律．(1)除了圖中所給器材以及溝通電源和導線外，在下列器材中，還必需使用的兩種器材是________(選填正確選項的字母)．A．秒表 B．天平(含砝碼)C．彈簧測力計 D．刻度尺(2)試驗前補償阻力的做法是：把試驗器材安裝好，先不掛砂桶，將小車放在木板上，后面固定一條紙帶，紙帶穿過打點計時器．用墊塊把木板一端墊高，接通打點計時器，讓小車以肯定初速度沿木板向下運動，并不斷調整木板的傾斜度，直到小車拖動紙帶沿木板做________運動．(3)為使砂桶和砂的總重力在數(shù)值上近似等于小車運動時受到的拉力，需滿足的條件是砂桶及砂的總質量________小車的總質量．(選填“遠大于”“遠小于”或“近似等于”)(4)試驗中打出的一條紙帶的一部分如圖所示．紙帶上標出了連續(xù)的3個計數(shù)點A、B、C，相鄰計數(shù)點之間還有4個點沒有標出．打點計時器接在頻率為50Hz的溝通電源上．則打點計時器打B點時，小車的速度vB＝________m/s.多測幾個點的速度作出v－t圖像，就可以算出小車的加速度．(5)為爭辯加速度和力的關系，要保證____________的總質量不變，轉變砂桶內砂的質量，重復做幾次試驗，通過試驗數(shù)據(jù)來爭辯加速度和力的關系．(6)在爭辯加速度與質量的關系時，要保證砂和砂桶的質量不變．若砂和砂桶的質量m與小車的總質量M間的關系不滿足第(3)問中的條件，由試驗數(shù)據(jù)作出a和eq\f(1,M＋m)的圖線，則圖線應如圖中的________所示(選填正確選項的字母)．例2(2023·寧夏平羅中學高三檢測)某同學預備做“探究加速度與力的關系”和“探究加速度與質量的關系”試驗．試驗中，他將懸掛物的重力大小視為小車受到的細線拉力大?。?1)在補償小車所受的阻力時，以下操作錯誤的是圖________(選填“甲”或“乙”)；(2)已知打點計時器所用交變電源的頻率為50Hz.該同學某次試驗得到的紙帶如圖所示，A、B、C、D、E是5個連續(xù)的計數(shù)點．相鄰兩計數(shù)點間有四個點未畫出，試驗數(shù)據(jù)如表中所示，其中有一組數(shù)據(jù)讀取不當，這組數(shù)據(jù)是________(選填A、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(結果保留兩位有效數(shù)字)；計數(shù)點ABCDE位置坐標(cm)4.505.507.309.9013.3(3)在探究加速度與力的關系時，該同學依據(jù)試驗數(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原點且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．不通過坐標原點可能是由于補償阻力不足B．不通過坐標原點可能是由于補償阻力過度C．圖線BC段彎曲可能是懸掛物總質量未滿足遠小于小車質量的條件考點二探究創(chuàng)新試驗考向1試驗器材的創(chuàng)新例3(2023·山東濰坊市模擬)如圖甲所示，某試驗小組利用驗證牛頓其次定律的試驗裝置測定物塊與木板之間的動摩擦因數(shù)，試驗裝置固定連接完畢后，調整木板及物塊右側兩段細繩水平，初步試用各個器件工作正常．試驗開頭時在砂桶中放入適量的細砂，系統(tǒng)開頭工作，物塊做加速運動，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)已讀出彈簧測力計的示數(shù)為F，為進一步測量動摩擦因數(shù)，下列物理量中還需測量的有________；A．木板的長度L B．物塊的質量mC．砂和砂桶的質量M D．物塊的運動時間t(3)圖乙中給出了試驗中獵取的紙帶的一部分數(shù)據(jù)，0、1、2、3、4、5是計數(shù)點，每相鄰兩計數(shù)點間還有4個點(圖中未標出)，計數(shù)點間的距離如圖乙所示．則打下計數(shù)點2時物塊對應的速度大小v＝____m/s；本次試驗物塊對應的加速度大小a＝______m/s2；(結果均保留三位有效數(shù)字)(4)轉變砂桶內細砂的質量，測量出對應的加速度a和彈簧測力計的示數(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系．主要試驗步驟如下：(1)用游標卡尺測量墊塊厚度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軌上，調整導軌至水平；(3)在右支點下放一墊塊，轉變氣墊導軌的傾斜角度；(4)在氣墊導軌合適位置釋放滑塊，記錄墊塊個數(shù)n和滑塊對應的加速度a；(5)在右支點下增加墊塊個數(shù)(墊塊完全相同)，重復步驟(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，繪制圖線．假如表中缺少的第4組數(shù)據(jù)是正確的，其應當是________m/s2(保留三位有效數(shù)字)．考向2試驗方案的創(chuàng)新例5(2020·浙江7月選考·17(1))做“探究加速度與力、質量的關系”試驗時，圖甲是教材中的試驗方案；圖乙是拓展方案，其試驗操作步驟如下：(ⅰ)掛上托盤和砝碼，轉變木板的傾角，使質量為M的小車拖著紙帶沿木板勻速下滑；(ⅱ)取下托盤和砝碼，測出其總質量為m，讓小車沿木板下滑，測出加速度a；(ⅲ)轉變砝碼質量和木板傾角，多次測量，通過作圖可得到a－F的關系．(1)試驗獲得如圖所示的紙帶，計數(shù)點a、b、c、d、e、f間均有四個點未畫出，則在打d點時小車的速度大小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，把mg作為F值的是________(選填“甲”“乙”或“甲和乙”)．考向3試驗目的的創(chuàng)新例6(2019·全國卷Ⅱ·22)如圖(a)，某同學設計了測量鐵塊與木板間動摩擦因數(shù)的試驗．所用器材有：鐵架臺、長木板、鐵塊、米尺、電磁打點計時器、頻率50Hz的溝通電源、紙帶等．回答下列問題：(1)鐵塊與木板間動摩擦因數(shù)μ＝______________(用木