3.5实验四：探究加速度与力、质量的关系-2027届高考物理一轮复习课件

第16课时实验四:探究加速度与力、质量的关系

2.实验思路(1)探究方法——

法。

①保持

不变,通过改变槽码的个数改变小车所受的拉力,探究加速度与拉力的定量关系。

②保持

不变,通过在小车上增加砝码改变

,探究加速度与质量的定量关系。

(2)要测量的物理量①小车、槽码和放在小车上的砝码质量。②小车的

。

③小车所受的拉力(槽码的重力)。控制变量小车质量小车所受的拉力小车的质量加速度3.实验器材

、纸带、复写纸、小车、

、槽码(若干个)、夹子、垫木、细绳、低压

电源、导线、天平(带有一套砝码)、

。

打点计时器一端附有定滑轮的长木板交流刻度尺(3)垫木块:平衡摩擦力,在木板无滑轮的一端下面垫一薄木块,反复移动其位置,直到不挂重物的小车在斜面上做

运动为止(纸带上相邻点间距相等)。

4.实验步骤(1)测量:用天平测出小车的质量M,槽码的质量m,并把数值记录下来。(2)安装:按图将实验器材安装好(小车上不系绳)。匀速直线(4)操作①槽码通过细绳绕过定滑轮系于小车上,使小车停在靠近打点计时器处。②先

,后放开小车,打点完毕后关闭电源并取下纸带编上号码。

③探究加速度与力的关系:保持小车的质量M不变,通过增减槽码的个数改变小车所受拉力F的大小,重复实验。④探究加速度与质量的关系:保持小车所受的拉力F不变(即槽码的质量m不变),通过在小车中增减砝码改变小车的质量M,重复实验。接通电源5.数据处理(1)计算法(逐差法求加速度)

直线直线命题分析1.考装置:器材装配以及其他器材替代。2.考读算:读计数点之间的间隔、算速度和加速度以及作图求解加速度。3.考变化:考查实验目的的变化,考查数据处理方式的变化。阻力补偿原理:mgsinθ=μmgcosθ操作注意1.平行:纸带和细绳要和木板平行。2.一次:平衡摩擦力时不要挂重物,整个实验平衡了摩擦力后,实验中不需要重新平衡摩擦力。3.质量:实验中必须满足小车和砝码的总质量远大于槽码的质量。只有如此,槽码的重力才可视为与小车受到的拉力相等。4.先通电:小车应靠近打点计时器且先接通电源再释放。5.作图: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作直线两侧。离直线较远的点应舍去不予考虑。误差分析1.偶然误差(1)质量、计数点间距测量不准导致,

需要多次测量求平均值。(2)小车所受合力测量不准,

因此需要准确补偿阻力,使细绳和纸带平行于木板。(3)作图不准,因此合理选取坐标轴的单位长度,使所有数据点尽量分布在整个坐标平面。使尽可能多的点落在直线上,不能落在直线上的点均匀分布在直线两侧,偏离直线较远的点舍去。2.系统误差槽码的重力不等于小车所受的拉力。若使槽码的质量远小于小车的质量,则可减小系统误差。考点一教材原型实验典例1

用如图甲所示的实验装置来验证牛顿第二定律,为消除阻力的影响,实验前必须补偿打点计时器对小车的阻力及其他阻力。(1)某小组补偿阻力时是这样操作的:将小车静止地放在水平长木板上,把木板不带滑轮的一端慢慢垫高,如图乙,直到小车由静止开始沿木板向下滑动为止,即认为刚好补偿阻力完毕。请问该小组补偿阻力的操作

(选填“正确”或“不正确”)。

甲乙不正确(2)如果该小组已按(1)中的操作补偿阻力,保持M(小车质量)不变,通过改变砂桶中砂子质量,得到a-F图像是下图中的

(将选项代号的字母填在横线上)。

C(3)若在另一组实验过程中,保持M(小车质量)不变,通过改变砂桶中砂子质量,分别测量小车在不同外力作用下的加速度。根据测得的多组数据画出a-F关系图线如图所示。此图线的AB段明显偏离直线,造成此现象的主要原因可能是

。

A.没有平衡小车与木板之间的摩擦力B.木板倾斜角度过大C.所用小车的质量过大D.所加砂子的总质量过大D(4)打点计时器使用交流电源的频率f=50Hz,下图是某小组在正确操作下获得的一条纸带,A、B、C、D、E每相邻两点之间还有4个点未标出,根据纸带所提供的数据,算得小车的加速度大小为

m/s2(结果保留两位有效数字)。

0.605%解析

(1)小车由静止下滑,说明重力沿斜面的分力大于阻力,因此补偿阻力过度,所以该同学的操作不正确,正确的操作应该为给小车一个初速度,小车能够带动纸带匀速下滑。(2)如果这位同学先按(1)中的操作补偿阻力,导致平衡阻力过度,当小车上还没有挂砂和砂桶时,小车应该就已经有加速度了,选项A、B、D错误,C正确。(3)用砂桶和砂子的重力代替拉力F,需要满足砂桶和砂子质量远小于小车质量。随着F的增大,不满足砂桶和砂子质量远小于小车质量时,a-F图线最后会略微向下弯曲,故造成此现象的原因是所加砂子的总质量过大,选项D正确,A、B、C错误。

考点二拓展创新实验1.高考启示江苏高考实验题,考查的内容比较综合,往往以教材基本实验为载体,凸显创新实验原理、创新实验数据处理方法,体现核心素养中的科学探究。2.情境拓展

实验原理的创新1.利用力传感器可得轻绳上拉力大小;2.将探究加速度与合力的关系转化为探究加速度与力传感器的示数的关系实验器材的创新利用位移传感器与计算机相连,直接得出小车的加速度1.用光电门代替打点计时器,结合遮光条的宽度可测滑块的速度;2.利用气垫导轨代替长木板,无需补偿阻力;3.由力传感器测滑块受到的拉力,无需满足m≪M实验过程的创新1.结合光电门得出物块在A、B两点的速度,由=2ax得出物块的加速度;2.结合牛顿第二定律mg-μMg=(M+m)a得出物块与水平桌面间的动摩擦因数考向1

装置创新典例2

在“探究加速度与力的关系”的实验中,某同学设计了如图甲所示的实验装置。在调节桌面水平后,利用力传感器来测量细线拉力。甲(1)为探究加速度与力的关系,下列实验操作正确的是

。(多选)

A.选用电火花计时器比选用电磁打点计时器实验误差会更小B.实验过程中,砂和砂桶的质量可以约等于小车的质量C.力传感器的示数即小车所受合外力的大小D.先用手将小车按在图示位置,然后接通电源再释放小车AB(2)该同学在实验中得到一条纸带如图乙所示,相邻计数点间有4个计时点未画出,打点计时器所接交流电源的频率为50Hz,小车的加速度大小为

m/s2(结果保留两位有效数字)。

乙

(3)该同学在小车内放置一质量为m0的砝码,多次改变砂的质量,通过实验得到多组a、F数据,并利用测量数据画出a-F图像,已知图线的斜率大小为k,则小车的质量为

(用k、m0表示)。

2.4

B需要,不挂重物的情况下,将长木板远离定滑轮的一端适当垫高,轻推小车,如打出纸带的点迹间距几乎相等即可说明阻力补偿到位考向2

原理创新典例3

某同学利用手机“声音图像”软件测量物块与长木板间的动摩擦因数μ。实验装置如图所示,长木板固定在水平桌面上,物块置于长木板上且两端分别通过跨过定滑轮的细线与小球A、B相连,实验前分别测量出小球A、B底部到地面的高度hA、hB(hB>hA)。打开手机软件,烧断一侧细绳,记录下小球与地面两次碰撞声的时间图像(两小球落地后均不反弹)。(1)由图可知,实验时应烧断物块

(选填“左侧”或“右侧”)的细线。

(2)烧断细线前,用分度值为1cm的刻度尺测量hA,刻度尺的0刻度线与地面齐平,小球A的位置如图甲所示,则hA=

cm。

左侧78.0(3)若某次实验中通过运算得出A下落时间为0.40s,由图乙可知,物块加速运动的时间为

s;若将手机放在靠近小球A的地面上测量物块加速运动的时间,测量结果会

(选填“偏大”