第3章 实验4　探究加速度与力、质量的关系

试验四探究加速度与力、质量的关系目标要求1.理解试验的原理，明确试验过程并能进行数据处理.2.了解试验的留意事项，会对试验进行误差分析.3.能用创新改进后的方案进行试验．试验技能储备1．试验目的(1)学会用把握变量法争辩物理量之间的关系．(2)探究加速度与力、质量的关系．(3)把握利用图像处理数据的方法．2．试验器材小车、槽码、细绳、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、同学电源、导线、纸带、天平、刻度尺、坐标纸等．3．试验原理(1)保持质量不变，探究加速度与____________的关系．(2)保持合外力不变，探究加速度与________的关系．(3)作出a－F图像和a－eq\f(1,m)图像，确定a与F、m的关系．4．试验过程(1)测量：用天平测量槽码的质量m′和小车的质量m.(2)安装：依据如图所示装置把试验器材安装好，只是不把悬挂槽码的细绳系在小车上(即不给小车____________)．(3)补偿阻力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫上垫木，使小车能________下滑．(4)操作：①槽码通过细绳绕过定滑轮系于小车上，先________________后________________，断开电源，取下纸带，编号码．②保持小车的质量m不变，转变槽码的质量m′，重复步骤①.③在每条纸带上选取一段比较抱负的部分，计算加速度a.④描点作图，作a－F的图像．⑤保持槽码的质量m′不变，转变小车质量m，重复步骤①和③，作a－eq\f(1,m)图像．5．数据处理(1)利用逐差法或v－t图像法求a.(2)以a为纵坐标，F为横坐标，描点、画线，假如该线为过原点的直线，说明a与F成正比．(3)以a为纵坐标，eq\f(1,m)为横坐标，描点、画线，假如该线为过原点的直线，就能判定a与m成反比．6．留意事项(1)开头试验前首先补偿阻力：适当垫高木板不带定滑轮的一端，使小车的重力沿斜面方向的分力正好补偿________________________．在补偿阻力时，不要把悬挂槽码的细绳系在小车上，让小车拉着穿过打点计时器的纸带匀速运动．(2)试验过程中不用重复补偿阻力．(3)试验必需保证的条件：________.(4)一先一后一按：转变拉力或小车质量后，每次开头时小车应尽量靠近________________，并应先________________，后______________，且应在小车到达滑轮前按住小车．7．误差分析(1)试验原理不完善：本试验用槽码的总重力代替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于槽码的总重力．(2)补偿阻力不精确     、质量测量不精确     、计数点间距离测量不精确     、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差．考点一教材原型试验例1用如图所示的装置验证牛顿其次定律．(1)除了图中所给器材以及沟通电源和导线外，在下列器材中，还必需使用的两种器材是________(选填正确选项的字母)．A．秒表 B．天平(含砝码)C．弹簧测力计 D．刻度尺(2)试验前补偿阻力的做法是：把试验器材安装好，先不挂砂桶，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．用垫块把木板一端垫高，接通打点计时器，让小车以肯定初速度沿木板向下运动，并不断调整木板的倾斜度，直到小车拖动纸带沿木板做________运动．(3)为使砂桶和砂的总重力在数值上近似等于小车运动时受到的拉力，需满足的条件是砂桶及砂的总质量________小车的总质量．(选填“远大于”“远小于”或“近似等于”)(4)试验中打出的一条纸带的一部分如图所示．纸带上标出了连续的3个计数点A、B、C，相邻计数点之间还有4个点没有标出．打点计时器接在频率为50Hz的沟通电源上．则打点计时器打B点时，小车的速度vB＝________m/s.多测几个点的速度作出v－t图像，就可以算出小车的加速度．(5)为争辩加速度和力的关系，要保证____________的总质量不变，转变砂桶内砂的质量，重复做几次试验，通过试验数据来争辩加速度和力的关系．(6)在争辩加速度与质量的关系时，要保证砂和砂桶的质量不变．若砂和砂桶的质量m与小车的总质量M间的关系不满足第(3)问中的条件，由试验数据作出a和eq\f(1,M＋m)的图线，则图线应如图中的________所示(选填正确选项的字母)．例2(2023·宁夏平罗中学高三检测)某同学预备做“探究加速度与力的关系”和“探究加速度与质量的关系”试验．试验中，他将悬挂物的重力大小视为小车受到的细线拉力大小．(1)在补偿小车所受的阻力时，以下操作错误的是图________(选填“甲”或“乙”)；(2)已知打点计时器所用交变电源的频率为50Hz.该同学某次试验得到的纸带如图所示，A、B、C、D、E是5个连续的计数点．相邻两计数点间有四个点未画出，试验数据如表中所示，其中有一组数据读取不当，这组数据是________(选填A、B、C、D或E)．依据上述信息可得小车的加速度大小为____m/s2(结果保留两位有效数字)；计数点ABCDE位置坐标(cm)4.505.507.309.9013.3(3)在探究加速度与力的关系时，该同学依据试验数据作出的a－F图像如图丙所示，发觉该图线不通过坐标原点且BC段明显偏离直线，分析其产生的缘由，下列说法正确的是________．A．不通过坐标原点可能是由于补偿阻力不足B．不通过坐标原点可能是由于补偿阻力过度C．图线BC段弯曲可能是悬挂物总质量未满足远小于小车质量的条件考点二探究创新试验考向1试验器材的创新例3(2023·山东潍坊市模拟)如图甲所示，某试验小组利用验证牛顿其次定律的试验装置测定物块与木板之间的动摩擦因数，试验装置固定连接完毕后，调整木板及物块右侧两段细绳水平，初步试用各个器件工作正常．试验开头时在砂桶中放入适量的细砂，系统开头工作，物块做加速运动，打出的纸带如图乙所示，已知所用沟通电源的频率为50Hz，重力加速度大小为g.(1)除图中所给的试验器材外，以下器材还必需选用的有________；A．天平 B．刻度尺C．秒表 D．干电池(2)已读出弹簧测力计的示数为F，为进一步测量动摩擦因数，下列物理量中还需测量的有________；A．木板的长度L B．物块的质量mC．砂和砂桶的质量M D．物块的运动时间t(3)图乙中给出了试验中猎取的纸带的一部分数据，0、1、2、3、4、5是计数点，每相邻两计数点间还有4个点(图中未标出)，计数点间的距离如图乙所示．则打下计数点2时物块对应的速度大小v＝____m/s；本次试验物块对应的加速度大小a＝______m/s2；(结果均保留三位有效数字)(4)转变砂桶内细砂的质量，测量出对应的加速度a和弹簧测力计的示数F.若用图像法处理数据，得到了如图丙所示的一条倾斜的直线，假如该图线的横轴截距等于b，斜率为k.则动摩擦因数μ＝______(用题目中给的b、k、g表示)．例4(2021·湖南卷·11)某试验小组利用图(a)所示装置探究加速度与物体所受合外力的关系．主要试验步骤如下：(1)用游标卡尺测量垫块厚度h，示数如图(b)所示，h＝________cm；(2)接通气泵，将滑块轻放在气垫导轨上，调整导轨至水平；(3)在右支点下放一垫块，转变气垫导轨的倾斜角度；(4)在气垫导轨合适位置释放滑块，记录垫块个数n和滑块对应的加速度a；(5)在右支点下增加垫块个数(垫块完全相同)，重复步骤(4)，记录数据如下表：n123456a/(m·s－2)0.0870.1800.2600.4250.519依据表中数据在图(c)上描点，绘制图线．假如表中缺少的第4组数据是正确的，其应当是________m/s2(保留三位有效数字)．考向2试验方案的创新例5(2020·浙江7月选考·17(1))做“探究加速度与力、质量的关系”试验时，图甲是教材中的试验方案；图乙是拓展方案，其试验操作步骤如下：(ⅰ)挂上托盘和砝码，转变木板的倾角，使质量为M的小车拖着纸带沿木板匀速下滑；(ⅱ)取下托盘和砝码，测出其总质量为m，让小车沿木板下滑，测出加速度a；(ⅲ)转变砝码质量和木板倾角，多次测量，通过作图可得到a－F的关系．(1)试验获得如图所示的纸带，计数点a、b、c、d、e、f间均有四个点未画出，则在打d点时小车的速度大小vd＝________m/s(保留两位有效数字)；(2)需要满足条件M≫m的方案是________(选填“甲”“乙”或“甲和乙”)；在作a－F图像时，把mg作为F值的是________(选填“甲”“乙”或“甲和乙”)．考向3试验目的的创新例6(2019·全国卷Ⅱ·22)如图(a)，某同学设计了测量铁块与木板间动摩擦因数的试验．所用器材有：铁架台、长木板、铁块、米尺、电磁打点计时器、频率50Hz的沟通电源、纸带等．回答下列问题：(1)铁块与木板间动摩擦因数μ＝______________(用木