第4讲　实验：探究加速度与物体受力、物体质量的关系

第4讲实验：探究加速度与物体受力、物体质量的关系一、实验目的1．学会利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．学会利用图像处理实验数据的方法。三、实验器材小车、槽码、细绳、附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、纸带、天平、米尺。四、实验步骤1．用天平测出小车的质量M，并把数值记录下来。2．按如图所示的装置把实验器材安装好(小车上先不系绳)。3．平衡摩擦力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫一木块，反复移动木块位置，直到使小车在不受牵引时能拖动纸带沿木板保持匀速直线运动为止(纸带上相邻点间距相等)。4．在细绳末端悬挂一个槽码，用细绳绕过定滑轮系在小车上，在小车上加放适量的砝码，用天平测出槽码的质量m，记录下来。接通电源，放开小车，待打点计时器在纸带上打好点后取下纸带，并设计表格如下。次数123456小车加速度a/(m·s－2)

槽码的质量m/kg

拉力F/N

5．保持小车和所放砝码的质量不变，增加悬挂槽码的个数，按步骤4做6次实验。6．在每条纸带上选取一段比较理想的部分，算出每条纸带对应的加速度的值，填入表格中。7．用纵坐标表示加速度，横坐标表示作用力，根据实验结果画出小车运动的a-F图像，从而得出a、F之间的关系。9．整理实验器材，结束实验。一、基础考法保住分考查点(一)实验原理与操作1．某实验小组利用图1所示的装置探究加速度与物体受力、物体质量的关系。(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在木块上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________(选填“远大于”“远小于”或“近似等于”)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1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a与拉力F的关系，分别得到图2中甲、乙两条直线。设甲、乙用的木块质量分别为m甲、m乙，甲、乙用的木块与木板间的动摩擦因数分别为μ甲、μ乙，由图2可知，m甲______m乙，μ甲______μ乙(均选填“>”“＝”或“<”)。解析：(1)实验中细绳要保持与长木板平行，A项正确；平衡摩擦力时不能将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上，这样无法平衡摩擦力，B项错误；实验时应先接通电源再放开木块，C项错误；平衡摩擦力后，改变木块上的砝码的质量时，不需要重新平衡摩擦力，D项正确。答案：(1)AD

(2)远小于(3)<

>[关键点拨](1)长木板上滑轮的高度可以调节，以使牵引小车(木块)的细绳与长木板保持平行。(2)平衡摩擦力：平衡摩擦力时，要调出一个合适的斜面，使小车(木块)的重力沿着斜面方向的分力正好平衡小车(木块)受的摩擦阻力。此时，不要把悬挂砝码桶的细绳系在小车(木块)上，即不要给小车(木块)加任何牵引力，要让小车(木块)拖着纸带运动。(3)实验条件：M≫m。只有如此，砝码桶和砝码的总重力mg才可视为小车(木块)受到的拉力。(4)一先一后：改变拉力和小车(木块)质量后，每次开始时小车(木块)应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，后放开小车(木块)，且应在小车(木块)到达滑轮前按住小车(木块)。(5)如果没有平衡摩擦力，则其a-F图线将不是一条过原点的直线，而是一条与F轴有交点的倾斜直线。考查点(二)数据处理和误差分析2．某实验小组利用如图甲所示的装置“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”。(1)实验中除了需要小车、砝码、托盘、细绳、附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、低压交流电源、两根导线、复写纸、纸带之外，还需要________、________。(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a-F图线，如图丙所示。图线________(填“①”或“②”)是在轨道倾斜情况下得到的；小车及车中砝码的总质量m＝________kg。答案：(1)天平刻度尺(2)反比过大(3)①

0.53．在“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”实验中，做如下探究：(1)为猜想加速度与质量的关系，可利用图甲所示装置进行对比实验。两小车放在水平板上，前端通过钩码牵引，后端各系一条细线，用板擦把两条细线按在桌上，使小车静止。抬起板擦，小车同时运动，一段时间后按下板擦，小车同时停下。对比两小车的位移，可知加速度与质量大致成反比。关于实验条件，下列正确的是________(填选项前的字母)。A．小车质量相同，钩码质量不同B．小车质量不同，钩码质量相同C．小车质量不同，钩码质量不同(3)在探究加速度与力的关系实验之前，需要思考如何测“力”。请在图丙中画出小车受力的示意图。为了简化“力”的测量，下列说法正确的是________(填选项前的字母)。A．使小车沿倾角合适的斜面运动，小车受力可等效为只受绳的拉力B．若斜面倾角过大，小车所受合力将小于绳的拉力C．无论小车运动的加速度多大，砂和桶的重力都等于绳的拉力D．让小车的运动趋近于匀速运动，砂和桶的重力才近似等于绳的拉力(3)对小车受力分析如图所示，小车受重力G、支持力FN、拉力F和摩擦力Ff。当小车沿倾角合适的斜面运动时，小车的重力沿斜面方向的分力与滑动摩擦力平衡，小车受到的合外力可等效为绳的拉力，A正确；若斜面倾角过大，小车的重力沿斜面的分力的大小将大于滑动摩擦力的大小，小车所受合力将大于绳的拉力，B错误；砂和桶与小车的加速度相同，对砂和桶整体，根据牛顿第二定律可知，它们的重力要大于绳的拉力，C错误；当小车的运动趋近于匀速运动时，砂和桶可近似看成受力平衡，则砂和桶的重力近似等于绳的拉力，D正确。答案：(1)B

(2)见解析图(3)见解析图AD二、创新考法不失分创新角度(一)实验目的的创新1．某同学利用滑块在气垫导轨上的运动测量当地的重力加速度。如图甲所示，所用器材包括：气垫导轨、滑块(上方安装有宽度为d的遮光片)、数字计时器、光电门等。导轨下方两支点间的距离为l，实验步骤如下：(1)开动气泵，调节气垫导轨，轻推滑块，当光电门A记录的遮光时间________(填“大于”“小于”或“等于”)光电门B记录的遮光时间时，可认为气垫导轨水平；(2)用游标卡尺测量遮光片宽度d，如图乙所示，d＝__________cm；(3)在导轨左支点下加一高度为h的垫块，让滑块从导轨顶端滑下，记录遮光片经过A、B两处光电门的遮光时间Δt1、Δt2及遮光片从A运动到B所用的时间t12，可求出重力加速度g＝________(用题中给出的物理量符号表示)；(4)分析实验结果发现，重力加速度的测量值比该地的实际值偏小。写出一条产生这一结果的可能原因：______________________________________________________________________________________________________________。创新角度(二)数据处理的创新2．某同学探究加速度与物体受力、物体质量的关系。(1)为达到实验目的，下列说法正确的是________(填选项前的字母)。A．可以用天平测物体的质量B．必须用弹簧测力计测物体受力C．同时研究某个物理量与另外两个物理量的关系，可采用控制变量的方法(3)实验中用如图甲所示的装置，补偿打点计时器对小车的阻力和其他阻力的具体做法是：将小车放在木板上，后面固定一条纸带，纸带穿过打点计时器。把木板一端垫高，调节木板的倾斜度，使小车在不受绳的拉力时能拖动纸带沿木板做__________(选填“匀速”或“匀加速”)直线运动。(4)该实验中“细线作用于小车的拉力F等于砂和桶所受的总重力mg”是有“条件”的。已知小车和车上砝码的总质量为M、砂和桶的质量为m，不计摩擦阻力与空气的阻力，请将小车和车上砝码的加速度aM与砂和桶的加速度am的大小关系、拉力F