第三章 实验四

1、.实验四探究加速度与力、质量的关系1.实验原理1保持质量不变，探究加速度跟合外力的关系.2保持合外力不变，探究加速度与质量的关系.3作出aF图象和a图象，确定其关系.2.实验器材小车、砝码、小盘、细绳、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、低压交流电源、导线两根、纸带、天平、米尺.3.实验步骤1测量：用天平测量小盘和砝码的质量m和小车的质量m.2安装：按照如图1所示装置把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细绳系在小车上即不给小车牵引力.图13平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块，使小车能匀速下滑.4操作：小盘通过细绳绕过定滑轮系于小车上，先接通电源后放开小车，断开电源，

2、取下纸带编号码.保持小车的质量m不变，改变小盘和砝码的质量m，重复步骤.在每条纸带上选取一段比较理想的部分，测加速度a.描点作图，作aF的图象.保持小盘和砝码的质量m不变，改变小车质量m，重复步骤和，作a图象.1.本卷须知1平衡摩擦力：适当垫高木板的右端，使小车的重力沿斜面方向的分力正好平衡小车和纸带受到的阻力.在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细绳系在小车上，让小车拉着穿过打点计时器的纸带匀速运动.2不重复平衡摩擦力.3实验条件：mm.4一先一后一按：改变拉力或小车质量后，每次开场时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，后释放小车，且应在小车到达滑轮前按住小车.2.误差分析1实验原理不完善

3、：本实验用小盘和砝码的总重力mg代替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力.2摩擦力平衡不准确、质量测量不准确、计数点间距测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差.3.数据处理1利用xaT2及逐差法求a.2以a为纵坐标，F为横坐标，根据各组数据描点，假如这些点在一条过原点的直线上，说明a与F成正比.3以a为纵坐标，为横坐标，描点、连线，假如该线为过原点的直线，就能断定a与m成反比.命题点一教材原型实验例1某次探究加速度a跟物体所受合力F和质量m的关系实验.图21图2甲所示为实验装置图.图乙为某次实验得到的一段纸带，计数点A、B、C、D、E间的时间间隔为0.1 s.

4、根据纸带可求出小车的加速度大小为_m/s2结果保存两位有效数字.2保持小车质量不变，改变砂和砂桶质量，进展屡次测量.根据实验数据作出了加速度a随拉力F的变化图线，如图3所示.图中直线没有通过原点，其主要原因是_.图33保持砂和砂桶质量不变，改变小车中砝码质量，进展屡次测量，得到小车加速度a、质量m及其对应的的数据如表中所示：实验次数12345678小车加速度a/m·s21.901.721.491.251.000.750.500.30小车和砝码质量m/kg0.250.290.330.400.500.711.001.67/kg14.003.453.032.502.001.411.000.

5、60a.请在图4坐标纸中画出a图线.图4b.根据作出的a图象可以得到的结论是_.答案10.432实验前未平衡摩擦力或平衡摩擦力不充分3a.如下图b.图线为过原点的直线，说明在合外力一定时，加速度跟质量成反比变式11我们已经知道，物体的加速度a同时跟合外力F和质量M两个因素有关.要研究这三个物理量之间的定量关系，需采用的思想方法是_.2某同学的实验方案如图5所示，她想用砂桶的重力表示小车受到的合外力F，为了减少这种做法带来的实验误差，她先做了两方面的调整措施：图5a.用小木块将长木板无滑轮的一端垫高，目的是_.b.使砂桶的质量远小于小车的质量，目的是使拉小车的力近似等于_.3该同学利用实验中打出

6、的纸带求加速度时，处理方案有两种：A.利用公式a计算B.根据逐差法利用a计算两种方案中，选择方案_比较合理.答案1控制变量法2平衡摩擦力砂桶的重力3B变式2为了“探究加速度与力、质量的关系，现提供如图6所示的实验装置：图61以下实验操作正确的选项是_.A.将木板不带滑轮的一端适当垫高，使小车在砝码及砝码盘的牵引下恰好做匀速运动B.调节滑轮的高度，使细线与木板平行C.先接通电源后释放小车D.实验中小车的加速度越大越好2在实验中，得到一条如图7所示的纸带，相邻计数点间的时间间隔为T0.1 s，且间距x1、x2、x3、x4、x5、x6已量出分别为3.09 cm、3.43 cm、3.77 cm、4.1

7、0 cm、4.44 cm、4.77 cm，那么小车的加速度a_ m/s2.结果保存两位有效数字图73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，他们在轨道程度及倾斜两种情况下分别做了实验，得到了两条aF图线，如图8所示.图线_是在轨道倾斜情况下得到的填“或“；小车及车中砝码的总质量m_ kg.图8答案1BC20.3430.5解析1将不带滑轮的木板一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀速运动，以使小车的重力沿斜面的分力和摩擦力抵消，那么小车的合力就是细线的拉力，应选项A错误；细线的拉力为小车的合力，所以应调节定滑轮的高度使细线与木板平行，故B正确；实验时，应使

8、小车靠近打点计时器，先接通电源后由静止释放小车，应选项C正确；实验时，为了减小实验的误差，小车的加速度应适当大一些，但不是越大越好.故D错误.2根据逐差法得：a0.34 m/s2.3由图线可知，当F0时，a0，也就是说当细线上没有拉力时小车就有加速度，所以图线是在轨道倾斜情况下得到的，根据Fma得aF图象的斜率k，由aF图象得图象斜率k2，所以m0.5 kg.命题点二教材实验创新实验装置图创新/改进点1.实验方案的改进：系统总质量不变化，改变拉力得到假设干组数据.2.用传感器记录小车的时间t与位移x，直接绘制xt图象.3.利用牛顿第二定律求解实验中的某些参量，确定某些规律.1.用传感器与计算机

9、相连，直接得出小车的加速度.2.图象法处理数据时，用钩码的质量m代替合力F，即用am图象代替aF图象.1.用光电门代替打点计时器，遮光条结合光电门测得物块的初速度和末速度，由运动学公式求出加速度.2.结合牛顿第二定律，该装置可以测出动摩擦因数实验方案的改进：弹簧测力计测量小车所受的拉力，钩码的质量不需要远小于小车质量，更无需测钩码的质量1.气垫导轨代替长木板，无需平衡摩擦力.2.力传感器测量滑块所受的拉力，钩码的质量不需要远小于滑块质量，更无需测钩码的质量.3.用光电门代替打点计时器，遮光条结合光电门测得滑块的末速度，由刻度尺读出遮光条中心初始位置与光电门之间的间隔 ，由运动学公式求出加速度.

10、例22019·全国卷·23某物理课外小组利用图9中的装置探究物体加速度与其所受合外力之间的关系.图中，置于实验台上的长木板程度放置，其右端固定一轻滑轮；轻绳跨过滑轮，一端与放在木板上的小滑车相连，另一端可悬挂钩码.本实验中可用的钩码共有N5个，每个质量均为0.010 kg.实验步骤如下：图91将5个钩码全部放入小车中，在长木板左下方垫上适当厚度的小物块，使小车和钩码可以在木板上匀速下滑.2将n依次取n1，2，3，4，5个钩码挂在轻绳右端，其余Nn个钩码仍留在小车内；用手按住小车并使轻绳与木板平行.释放小车，同时用传感器记录小车在时刻t相对于其起始位置的位移s，绘制st图象，

11、经数据处理后可得到相应的加速度a.3对应于不同的n的a值见下表.n2时的st图象如图10所示；由图求出此时小车的加速度保存2位有效数字，将结果填入下表.n12345a/m·s20.200.580.781.00图104利用表中的数据在图11中补齐数据点，并作出an图象.从图象可以看出：当物体质量一定时，物体的加速度与其所受的合外力成正比.图115利用an图象求得小车空载的质量为_kg保存2位有效数字，重力加速度取g9.8 m·s2.6假设以“保持木板程度来代替步骤1，以下说法正确的选项是_填入正确选项前的标号A.an图线不再是直线B.an图线仍是直线，但该直线不过原点C.an

12、图线仍是直线，但该直线的斜率变大答案30.394见解析图50.446BC解析3因为小车做初速度为零的匀加速直线运动，将图中点2,0.78代入sat2可得，a0.39 m/s2.4根据描点法可得如下图图线.5根据牛顿第二定律可得nmgM5ma，那么an，图线斜率k，可得M0.44 kg.6假设保持木板程度，那么小车运动中受到摩擦力的作用，由牛顿第二定律得nmgM5mnmgM5ma，解得a g，直线的斜率变大，图象不过原点，选项B、C正确.变式3在用DIS研究小车加速度与外力的关系时，某实验小组先用如图12a所示的实验装置，重物通过滑轮用细线拉小车，在小车和重物之间接一个不计质量的微型力传感器，位

13、移传感器发射器随小车一起沿程度轨道运动，位移传感器接收器固定在轨道一端，实验中力传感器的拉力为F，保持小车包括位移传感器发射器的质量不变，改变重物质量重复实验假设干次，得到加速度与外力的关系如图b所示.图121小车与轨道的滑动摩擦力Ff_ N.2从图象中分析，小车包括位移传感器发射器的质量为_ kg.3该实验小组为得到a与F成正比的关系，应将斜面的倾角调整到tan _.答案10.6720.6730.1解析1根据题图b可知，当F0.67 N时，小车开场有加速度，那么Ff0.67 N，2根据牛顿第二定律aF，那么aF图象的斜率表示小车包括位移传感器发射器质量的倒数，那么M kg kg0.67 kg

14、.3为得到a与F成正比的关系，那么应该平衡摩擦力，那么有：Mgsin Mgcos 解得：tan ，根据FfMg得：0.1所以tan 0.1.变式4如图13所示为某同学探究加速度与力、质量关系的实验装置，两个一样质量的小车放在光滑程度板上，前端各系一根轻质细绳，绳的一端跨过光滑轻质定滑轮各挂一个小盘，盘中可放砝码.两小车后端各系一条细绳，一起被夹子夹着使小车静止.翻开夹子，两小车同时开场运动；关上夹子，两小车同时停下来，用刻度尺测出两小车的位移，下表是该同学在几次实验中记录的数据.图13实验次数车号小车质量g小盘质量g车中砝码质量g盘中砝码质量g小车位移cm1甲50100015乙50100103

15、02甲501001027.5乙50105010143甲50100018乙50101010请答复下述问题：1在每一次实验中，甲、乙两车的位移之比等于_之比，请简要说明实验原理_.2第一次实验控制了_不变，在实验误差允许范围内可得出的结论是_.3第二次实验控制了_不变，在实验误差范围内可得出的结论是_.4第三次实验时，该同学先测量了甲车的位移，再根据前两次实验结论，计算出乙车应该发生的位移，然后再测量了乙车的位移，结果他快乐地发现，理论的预言与实际符合得相当好.请问，他计算出的乙车的位移应该是_.答案1加速度见解析2小车质量小车加速度与拉力成正比3小车所受拉力小车加速度与质量成反比430 cm解析

16、1由于两车运动时间一样，由xat2，知甲、乙两车的位移之比等于加速度之比，即x甲x乙a甲a乙.2第一次实验中控制小车质量不变，在实验误差允许范围内，小车加速度与拉力成正比.3第二次实验中控制小车所受拉力不变，在实验误差允许范围内，小车加速度与质量成反比.4，得x乙30 cm.命题点三教材实验拓展以“探究加速度与力、质量的关系为背景测量物块与木板间的动摩擦因数.例3甲、乙两同学均设计了测动摩擦因数的实验.重力加速度为g.图141甲同学所设计的实验装置如图14甲所示.其中A为一质量为M的长直木板，B为木板上放置的质量为m的物块，C为物块右端连接的一轻质弹簧测力计程度放置.实验时用力将A从B的下方抽

17、出，通过C的读数F1即可测出动摩擦因数.那么该设计能测出_填“A与B或“A与地面之间的动摩擦因数，其表达式为_.2乙同学的设计如图乙所示.他在一端带有光滑轻质定滑轮的长木板上固定有A、B两个光电门，与光电门相连的计时器可以显示带有遮光片的物块在其间的运动时间，与跨过定滑轮的轻质细绳相连的轻质测力计能显示挂钩处所受的拉力.实验时，屡次改变砂桶中砂的质量，每次都让物块从靠近光电门A处由静止开场运动，读出多组测力计示数F及对应的物块在两光电门之间的运动时间t.在坐标系中作出F的图线如图丙所示，图线的斜率为k，与纵轴的截距为b，与横轴的截距为c.因乙同学不能测出小车质量，故该同学还应该测出的物理量为_

18、.根据该测量物理量及图线信息可知物块和长木板之间的动摩擦因数表达式为_.答案1A与B2光电门A、B之间的间隔 x解析1当A到达稳定状态时B处于静止状态，弹簧测力计的读数F与B所受的滑动摩擦力Ff大小相等，B对木板A的压力大小等于B的重力mg，由FfFN得，.2物块由静止开场做匀加速运动，位移xat2.可得：a根据牛顿第二定律得对于物块，Fmgma那么：Fmg那么图线的斜率为：k2mx，纵轴的截距为：bmg；k与摩擦力是否存在无关，物块与长木板间的动摩擦因数为：.变式5如图15所示，某同学设计了一个测量滑块与木板间的动摩擦因数的实验装置，装有定滑轮的长木板固定在程度实验台上，木板上有一滑块，滑块右端固定一个动滑轮，钩码和弹簧测力计通过绕在滑轮上的轻绳相连，放开钩码，滑块在长木板上做匀加速直线运动.图151实验得到一条如图16所示的纸带，相邻两计数点之间的时间间隔为0.1 s，由图中的数据可知，滑块运动的加速度大小是_ m/