实验04 探究加速度与物体受力物体质量的关系-高考物理重难点复习（原卷版）

实验04探究加速度与物体受力、物体质量的关系

1.理解实验的原理，明确实验过程并能进行数据处理.

2.了解实验的注意事项，会对实验进行误差分析.

3.能对实验进行创新改进.

1.实验原理

⑴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a-F图像和a—5图像，确定a与F、m的关系.

2.实验器材

小车、槽码、细绳、一端附有定汽轮的长木板、垫木、打点计时器、学生电源、导线、纸带、天平、刻度

尺、坐标纸.

3.实验过程

(1)测量：用天平测量槽码的质量力和小车的质量，〃.

(2)安装：按照如图所示装置把实验器材安装好，只是不把悬挂槽码的细绳系在小车上(即不给小车牵引力).

纸带

细绳

/

至木

i端有小车打点计时器

定滑轮

实验台

的长木板

(3)补偿阻力：在长木板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：①槽码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，取卜纸带，编号码.

②保持小车的质量，〃不变，改变槽码的质量加，重复步骤①.

③在每条纸带上选取一段比较理想的部分，计算加速度

④描点作图，作。一尸的图像.

⑤保持槽码的质量布不变，改变小车质量加，重复步骤①和③，作。一5图像.

4.数据处理

(1)利用逐差法或v-t图像法求a

⑵以。为纵坐标，尸为横坐标，描点、画线，如果该线为过原点的直线，说明。与产成正比.

(3)以。为纵坐标，上为横坐标，指点、画线，如果该线为过原点的直线，就能判定。与，〃成反比.

5.注意事项

(1)开始实验前首先补偿阻力：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

小车和纸带受到的阻力.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)实验过程中不用重复补偿阻力.

(3)实验必须保证的条件：

⑷一先一后一按：改变拉力或小车质量后，每次开始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.

6.误差分析

(1)实验原理不完善：本实验用槽码的总重力”g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)补偿阻力不准确、质量测量不准确、计数点间距离测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起

误差.

备经典例题

【典例1】(2022•全国•高三课时练习)某实验小组采用如图甲所示的实验装置，研究小车质量不变时，其加

速度。与所受合力厂的关系。

滑轮细绳小车打点霭器

垫块

砂桶长木板

甲

(I)在补偿阻力这步操作中，(选填“需要”或“不需要”)通过细绳把砂桶挂在小车上；

(2)实验中得到的一条纸带如图乙所示，相邻的两计数点之间还有4个点未画出，用亳米刻度尺测量出来

的数据已在图中标出。己知打点计时器的打点周期为0.02s,则该小车运动的加速度大小为mH(计

算结果保留两位有效数字)；

(3)该实验小组把砂和砂桶的总重力当成小车的合力尸，根据实验得出的数据，采用图像法处理数据，画

出。¥图像如图丙所示，发现图线上端弯曲，其原因可能是_______________；

(4)关于本实验存在的误差，以下说法正确的是。

A.在图乙中，每个测量数据均存在偶然误差

B.把砂和砂桶的总重力当成小车的合力导致实验中存在系统误差

C.实验中用图像法处理数据可以减小系统误差

【典例2】（2022.上海黄浦.二模）某同学用如图〃所示的装置验证加速度与力的关系。

位移传感器

60

/7

ffi(

（1）为平衡摩擦力，将轨道一端略抬高，给小车一初速度使其在轨道上运动，利用位移传感器获得小车的

速度-时间图像如图儿则应适当（选填“增大”“减小”）轨道倾角。平衡摩擦后，操作中要控制

（选填“小车、钩码的质量不变。

AV

图（b）

（2）经过正确操作，所测量的拉力与加速度的数据如下表。请在图c。中用“X”补充完成序号为4、5的数

据描点并做出a-F图像。

序号F/Na/m-s'2

I0.140.39

20.190.53

30.240.67

40.250.80

50.340.94

a/(m-s2)

（3）某同学对“将钩码的重力大小视为小车所受拉力的大小”的做法提出质疑，并开展了如卜研究：他在小

车上固定一个力传感器，可直接测得小车所受拉力。测得小车与传感器总质量为0.486kg,改变钩码质量,

多次实验，测得多组钩码重力与小车所受拉力，图乩中的图线①、②分别为钩码重力、小车所受拉力随钩

码质量变化的关系图像。请根据图像，制对该同学的质疑给出回答。

图(d)

【典例3】（2022.天津市西青区杨柳青第•中学模拟预测）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1所示装置进行对比实验。两小车放在水平板匕前端通过钩

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:（选填选项前的字母）。

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

—1/细线

人俯视图

图1

（2）在探究加速度与力的关系实验之前，需要思考如何测“力：为了简化“力”的测量，如图2所示，下列

说法正确的是：（选填选项前的字母）。

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

【典例4】（2022•全国•高三专题练习）用如图甲所示的装置探究加速度与质量的关系，把右端带有滑轮的长

木板放在实验桌上，小车的左端连接穿过打点”时特的纸带，右端连接细线，细线绕过定滑轮挂有托盘和

祛码，通过垫块调节木板左端高度平衡摩擦力。

托盘和破码

（1）下列实验操作正确的有。

A.先释放小车后接通电源B.调整定滑轮使细线与长木板平行

C.平衡摩擦力时必须移去纸带D.平衡摩擦力时必须移去托盘和祛码

（2）某次实验打出的一条纸带如图乙所示，测得计数点1、2、3、4与0计数点间的距离分别为x/=3.60cm、

X2=9.61cm、X5=18.01cm、M=28.81cm。已知打点计时器打点周期为0.02s,相邻计数点间有四个点未画出,

则小车的加速度a=in/s2（结果保留三位有效数字）。

）01234}

<--------x2------->

<X）---------------------->

乙

（3）实验中保持托盘和硅码的总质量不变，改变小车和车内沙子的总质量M,进行实验打出纸带，算出相

应的加速度〃，数据描在图丙中，请在图丙中根据描出的点作出图像;由图像可得出的结

论是O

Aa/（m-s:）

3.0L-l-I

■

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聿

壬

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101520

丙

【典例5】（2022•全国•高三专题练习）（1）在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，小张同学设计了•个

实验方案，试图通过弹簧秤读数获得绳子拉力的数据以减小实验误差，其装置如图甲所示。

①以下的实验操作有必要的是（多选）

A.平衡小车与轨道之间的摩擦力

B.所挂重物质量必须远小于小车质量

C.悬挂动滑轮的两侧细线应相互平行

②某次实验中，小车称放后弹簧秤示数如图乙所示，其读数为N,其读数（选填“大于”、“小

于,，或“等于,,）小车静止时弹簧秤的读数。

③在探究小车加速度与质量关系时，保持悬挂重物质量不变，通过增减小车上钩码数量改变小车质量，狭

得两条纸带的部分点迹如下图所示，则纸带（选填“图内”或“图丁''）对应的小车质量较大。

图】

【典例6】（2022•陕西宝鸡・二模）如图甲所示是某研究性学习小沮探究小车加速度与力关系的实验装置，长

木板置于水平桌面上，•端系有沙桶的细绳通过滑轮与固定的拉力传感器相连，拉力传感器可显示纯中拉

力F的大小，改变桶中沙的质量进行多次实验。完成下列问题：

打点计时器小车细线力传感巧k

zBCDE7

纸7rf5b||cm\

<J1滑轮3.40*