2018-2019学年高中物理沪科版必修1检测： 第5章 5.2　探究加速度与力、质量的关系

1、.5.2探究加速度与力、质量的关系学习目的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.掌握利用图像处理数据的方法知识探究一、实验原理1探究方法控制变量法1控制小车的质量M不变，讨论加速度a与力F的关系2控制砝码和小盘的质量不变，即力F不变，改变小车的质量M，讨论加速度a与M的关系2要测量的物理量1小车与其上砝码的总质量M用天平测出2小车受的拉力F用天平测出小盘和盘内砝码的总质量m，由Fmg算出3小车的加速度a通过打点计时器打出的纸带测算出3测量加速度的方案1应用纸带测加速度在运动物体上安装一条连接打点计时器的纸带，根据纸带上打出的点来测量加速度前面所述的实验方案就是利用这

2、种方法求取加速度的它是根据在匀变速直线运动中，连续相等的时间T内的位移之差xaT_2求出加速度2应用匀变速运动规律求加速度假如物体做初速度为零的匀加速直线运动，那么，测量物体加速度最直接的方法就是用刻度尺测量位移并用秒表测量时间，然后由a算出3应用加速度与位移成正比由于a，假如测出两个初速度为零的匀加速运动在一样时间内发生的位移为x1、x2，那么位移之比就是加速度之比，即：.二、实验器材打点计时器、纸带、复写纸、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘、砝码、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平带有一套砝码、刻度尺三、实验步骤1用天平测出小车和重物的质量分别为M0、m0，并把数值记录下来2按图521

3、将实验器材安装好小车上不系绳图5213平衡摩擦力，在木板无滑轮的一端下面垫一薄木板，反复挪动其位置，直到打点计时器正常工作后不挂重物的小车在斜面上做匀速直线运动为止纸带上相邻点间距相等4将重物通过细绳系在小车上，接通电源放开小车，用纸带记录小车的运动情况；取下纸带并在纸带上标上号码及此时所挂重物的重力m0g.5保持小车的质量不变，改变所挂重物的重力，重复步骤4，多做几次实验，每次小车从同一位置释放，并记录好重物的重力m1g、m2g以及计算出相应纸带的加速度填入表格1.表格1物体的质量一定，加速度与受力的关系实验次数加速度a/ms2小车受力F/N123456.保持托盘中所放重物的质量不变，在小车

4、上加放砝码，并测出小车与所放砝码的总质量M，接通电源，放开小车，用纸带记录小车的运动情况，取下纸带并在纸带上标上号码7继续在小车上加放砝码，重复步骤6，多做几次实验，在每次得到的纸带上标上号码8计算出每次实验所得纸带的加速度值及小车与砝码的总质量填入表格2.表格2物体受到的外力一定，加速度与质量的关系实验次数加速度a/ms2小车与砝码总质量M/kg小车与砝码总质量的倒数/kg112345四、数据处理1计算法测得加速度或加速度之比等于位移之比后，通过计算看看是否满足、.2图像法1分析加速度和力的关系根据表格1，以加速度a为纵坐标，以外力F为横坐标，作出aF关系图像，如图522所示，由此得出结论图

5、5222分析加速度和质量的关系根据表格2，以加速度a为纵坐标，以小车及砝码的总质量M或为横坐标作出aM或a关系图像，如图523所示，据图像可以得出结论图5233实验结论：物体的加速度与作用在物体上的合外力成正比，与物体的质量成反比五、本卷须知1平衡摩擦力时不要挂重物，整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变小盘和重物的质量还是改变小车及砝码的质量，都不需要重新平衡摩擦力2实验中必须满足小车和砝码的总质量远大于小盘和重物的总质量只有如此，重物和小盘的总重力才可视为与小车受到的拉力相等3小车应靠近打点计时器且先接通电源再放手4作图像时，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

6、作直线两侧离直线较远的点是错误数据，舍去不予考虑六、误差分析产生原因减小方法偶尔误差质量测量不准、计数点间距测量不准屡次测量求平均值小车所受拉力测量不准准确平衡摩擦力使细绳和纸带平行于木板作图不准使尽可能多的点落在直线上或均匀分布在直线两侧，误差较大的点舍去系统误差小盘及重物的总重力代替小车所受的拉力使小盘和重物的总质量远小于小车的质量典例剖析用如图524所示的装置研究在作用力F一定时，小车的加速度a与小车质量M的关系，某位同学设计的实验步骤如下：图524A用天平称出小车和小桶及内部所装砂子的质量；B按图装好实验器材；C把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂砂桶；D将电磁打点计时器接在6 V电压的蓄

7、电池上，接通电源，放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，并在纸带上标明小车的质量；E保持小桶及其中砂子的质量不变，增加小车上的砝码个数，并记录每次增加后的M值，重复上述实验；F分析每条纸带，测量并计算出加速度的值；G作aM关系图像，并由图像确定aM关系1该同学漏掉的重要实验步骤是_，该步骤应排在_步骤之后2在上述步骤中，有错误的选项是_，应把_改为_3在上述步骤中，处理不恰当的是_，应把_改为_解析1实验中把小桶及其中砂子的重力看作与小车所受拉力大小相等，没有考虑摩擦力，故必须平衡摩擦力2电磁打点计时器接在6 V电压的蓄电池上将无法工作，必须接在6 V以下交流学生电源上3作aM关系图像，得

8、到的是双曲线，很难作出正确的判断，必须“化曲为直，改作a关系图像答案1平衡摩擦力 B2步骤D6 V电压的蓄电池6 V以下交流学生电源3步骤GaMa利用计算机辅助实验系统可定量研究加速度a与作用力F及小车质量m的关系1当小车质量m一定时，测得小车在不同拉力F作用下运动的加速度a.得到如图525甲所示的aF图线后，并由此得出结论：_.2当作用力F一定时，测得小车加速度a与小车质量m的关系如表所示a/ms24.02.721.61.31.0m/kg0.20.30.40.50.60.8为了明晰明确的研究a与m的准确的定量关系，在如图525乙图像的横轴括号中，应填上对应的物理量的符号为_，并得出结论：_.

9、甲乙图525解析1当小车质量m一定时，aF图像是过原点的直线，根据图像结合数学知识可知：质量一定，加速度与外力成正比2作am关系图像，得到的是双曲线，很难作出正确的判断，必须“化曲为直，改作a关系图像因此由图像可知：外力一定，加速度与质量的倒数成正比，即与质量成反比答案1质量一定，加速度与外力成正比2外力一定，加速度与质量成反比当 堂 达 标固 双 基1在“探究加速度与力、质量的关系的实验中，为验证小车的质量m不变时加速度a与作用力F成正比，学生甲、乙、丙、丁分别选取四组小车的质量m及钩码的质量M做实验甲：m500 g，M分别为50 g、70 g、100 g、125 g乙：m500 g，M分别

10、为20 g、30 g、40 g、50 g丙：m500 g，M分别为50 g、70 g、100 g、125 g丁：m500 g，M分别为30 g、40 g、50 g、60 g假设其他操作都正确，那么学生_利用实验数据画出的aF图像较准确解析牵引小车加速运动的重物为钩码，为使小车所受拉力近似等于钩码重力，应保持钩码重力远小于小车重力据此分析以上4组数据可知，乙同学利用实验数据画出的图像较准确答案乙2下面是“探究加速度与力、质量的关系实验步骤：用天平测出小车质量M和小盘质量m安装好打点计时器，在小车上装好纸带调整长木板的倾斜程度在小盘中参加适量的砝码m1保持小车质量一定时，探究加速度与力的关系保持小

11、车所受拉力一定时，探究加速度与质量的关系1步骤的目的是_2步骤中，要求小盘和砝码总质量mm1_填“远大于、“远小于或“等于小车质量M.3步骤和，说明该实验采用的科学方法是_解析1步骤是为了平衡小车与木板、纸带与打点计时器间的摩擦力，使小车所受的合力等于小盘和砝码的重力2步骤中，要求小盘和砝码总质量mm1远小于小车的质量M.3该实验采用的是控制变量法答案1平衡摩擦力 2远小于3控制变量法3如图526所示为某同学所安装的“探究加速度与力、质量的关系的实验装置，在图示状态下开场做实验，该同学的装置和操作中的主要错误是至少写出三个错误：图5261_2_3_解析由图可知，本实验存在以下错误：长木板右端未

12、垫高以平衡摩擦力或没有平衡摩擦力；错用了直流电源或应该用交流电；牵引小车的细线与板不平行；开场实验时，小车离滑轮太近或小车离打点计时器太远、牵引小车的细线太短；钩码不能满足远小于小车质量的条件，应换用砂桶只说换用桶不给分，必须说明原因才行答案见解析4用图527a所示的实验装置探究加速度与力、质量的关系ab图5271某同学通过实验得到如图527b所示的aF图像，造成这一结果的原因是：在平衡摩擦力时_图中a0表示的是_时小车的加速度2某同学得到如图528所示的纸带打点计时器电源频率为50 Hz. A、B、C、D、E、F、G是纸带上7个连续的点ssDGsAD_ cm.由此可算出小车的加速度a_m/s

13、2保存两位有效数字图528解析由图纵截距可知，作用力为零时就运动了，说明长木板的倾角过大；F0，说明未挂沙桶；位移差ssDGsAD6.502.60cm2.600.50 cm1.80 cm；加速度a m/s25.0 m/s2.答案1长木板的倾角过大能答到这个意思即可未挂砂桶21.805.051在探究加速度与力、质量关系的实验中，以下操作正确的选项是 【导学号：79092104】A平衡摩擦力时，应将重物用细线通过定滑轮系在小车上B平衡摩擦力时，应将纸带连接在小车上并穿过打点计时器C每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力D实验时，应先放开小车，后接通电源2表中是该实验所记录的部分数据组别小车质量

14、m/kg受力F/N加速度a/ms210.50.2520.5031.0041.051.5假设利用1、2、3三组数据探究加速度与受力的关系，那么2、3组数据中物体的质量分别为_、_；假设利用3、4、5三组数据探究加速度与物体质量的关系，那么4、5组数据中物体所受的力分别为_、_.解析1平衡摩擦力时，是使小车所受重力沿斜面向下的分力与小车向前运动过程中受到的阻力相等，故应将纸带连接在小车上并穿过打点计时器，但不需要将重物用细线通过定滑轮系在小车上，所以B对，A错；每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力，C对；实验时，应先接通电源，后放开小车，D错2假设用1、2、3三组数据探究加速度与受力的关系，

15、需保持小车的质量一定，即1、2、3三组数据中小车质量相等，都为0.5 kg；假设利用3、4、5三组数据探究加速度与物体质量的关系，需保持3、4、5三组数据中小车受到的F相等，都为1.00 N.答案1BC20.5 kg0.5 kg1.00 N1.00 N6在“探究加速度与物体质量、物体受力的关系实验中，某小组设计了如图529所示的实验装置图5291由于滑块M与轨道间有气垫，所以M受到的阻力极小，可以忽略不计实验前需要调整气垫导轨底座使之程度，利用现有器材如何判断导轨是否程度；2为了使钩码所受的重力等于使滑块做匀加速运动的力，要求所挂钩码的质量m与滑块的质量M应满足什么关系？3实验中获得的数据如下表所示：m0.004 kg，两光电门之间的间隔 x0.500 m次数12345M/kg0.4400.6600.8801.1001.320/kg12.2731.5151.1360.9090.758v1/ms10.89260.74640.64120.58920.5530v2/ms11.2731.0560.90680.82350.762