17　第三章　第16课时　探究加速度与物体受力、物体质量的关系(实验课)

第三章运动和力的关系第16课时探究加速度与物体受力、物体质量的关系(实验课)[学习目标]

1．理解实验的原理，理解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．能理解创新实验的原理，并能运用相应的公式、函数处理数据。原理装置图

1．保持小车质量不变，探究加速度与合力的关系。2．保持小车所受合力不变，探究加速度与质量的关系操作要求1．用天平测量槽码的质量m和小车的质量M。2．根据设计要求安装实验装置，只是不把悬挂槽码的细绳系在小车上。3．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．槽码通过细绳绕过定滑轮系于小车上，接通电源后放开小车，断开电源取下纸带，编写号码，保持小车质量M不变，改变槽码质量m，重复实验得到纸带；保持槽码的质量m不变，改变小车的质量M，重复实验得到纸带注意事项1．平衡阻力：平衡阻力时，不要把悬挂槽码的细绳系在小车上，让小车连着纸带匀速运动。2．质量：槽码质量m远小于小车质量M。3．平行：使细绳与长木板平行。4．靠近：小车从靠近打点计时器的位置释放。5．先后：实验时先接通电源后释放小车。6．改变小车质量M或槽码质量m时，不需要重新平衡阻力数据处理误差分析1．实验原理不完善：本实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．平衡阻力不准确、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类型1

教材原型实验[典例1]

(2024·甘肃卷)用图1所示实验装置探究外力一定时加速度与质量的关系。(1)以下操作正确的是________(单选，填正确答案标号)。A．使小车质量远小于槽码质量B．调整垫块位置以补偿阻力C．补偿阻力时移去打点计时器和纸带D．释放小车后立即打开打点计时器B

D

反比槽码

[典例2]

(2024·浙江1月选考)如图甲所示是“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置。(1)该实验中同时研究三个物理量间的关系是很困难的，因此我们采用的研究方法是________。A．放大法 B．控制变量法C．补偿法B

(2)该实验过程中操作正确的是________。A．平衡阻力时小车未连接纸带B．先接通打点计时器电源，后释放小车C．调节滑轮高度使细绳与水平桌面平行B

(3)在小车质量________(选填“远大于”或“远小于”)槽码质量时，可以认为细绳拉力近似等于槽码的重力。上述做法引起的误差为________(选填“偶然误差”或“系统误差”)。为减小此误差，下列可行的方案是________。A．用气垫导轨代替普通导轨，滑块代替小车B．在小车上加装遮光条，用光电计时系统代替打点计时器C．在小车与细绳之间加装力传感器，测出小车所受拉力大小远大于系统误差C

A[解析]

(1)该实验中同时研究三个物理量间关系是很困难的，因此我们可以控制其中一个物理量不变，研究另外两个物理量之间的关系，即采用了控制变量法。故选B。(2)平衡阻力时小车需要连接纸带，一方面是需要连同纸带所受的阻力一并平衡，另外一方面是通过纸带上的点间距判断小车是否在长木板上做匀速直线运动，故A错误；由于小车速度较快，且运动距离有限，打出的纸带长度也有限，为了能在长度有限的纸带上尽可能多地获取间距适当的数据点，实验时应先接通打点计时器电源，后释放小车，故B正确；为使小车所受拉力与速度同向，应调节滑轮高度使细绳与长木板平行，故C错误。故选B。

类型2

探索创新实验[典例3]

(2025·广西卷)在用如图甲的装置做“探究加速度与力、质量的关系”实验中：(1)探究小车加速度与小车所受拉力的关系时，需保持小车(含加速度传感器，下同)质量不变，这种实验方法是____________。控制变量法(2)实验时，调节定滑轮高度，使连接小车的细绳与轨道平面保持________。(3)由该装置分别探究M、N两车加速度a和所受拉力F的关系，获得a-F图像如图乙，通过图乙分析实验是否需要补偿阻力(即平衡阻力)。如果需要，说明如何操作；如果不需要，说明理由。____________________________________________________________________________________________________________________(4)悬挂重物让M、N两车从静止释放经过相同位移的时间比为n，两车均未到达轨道末端，则两车加速度之比aM∶aN＝________。平行需要撤去细绳连接的力传感器和重物，将木板左端用垫块垫起适当高度，使小车能沿木板匀速下滑1∶n2

【创新点解读】

(1)利用力传感器测出小车所受的合外力。(2)利用加速度传感器测出小车的加速度。[典例4]

(2025·山东卷)某小组采用如图甲所示的装置验证牛顿第二定律，部分实验步骤如下：(1)将两光电门安装在长直轨道上，选择宽度为d的遮光片固定在小车上，调整轨道倾角，用跨过定滑轮的细线将小车与托盘及砝码相连。选用d＝________(选填“5.00”或“1.00”)cm的遮光片，可以较准确地测量遮光片运动到光电门时小车的瞬时速度。(2)将小车自轨道右端由静止释放，从数字毫秒计分别读取遮光片经过光电门1、光电门2时的速度v1＝0.40m/s、v2＝0.81m/s，以及从遮光片开始遮住光电门1到开始遮住光电门2的时间t＝1.00s，计算小车的加速度a＝________m/s2(结果保留二位有效数字)。1.000.41

(3)将托盘及砝码的重力视为小车受到的合力F，改变砝码质量，重复上述步骤，根据数据拟合出a-F图像，如图乙所示。若要得到一条过原点的直线，实验中应________(选填“增大”或“减小”)轨道的倾角。(4)图乙中直线斜率的单位为________(选填“kg”或“kg-1”)。增大kg-1

【创新点解读】

利用光电门与数字计时器结合测量滑块的速度。课时作业(十六)探究加速度与物体受力、物体质量的关系(实验课)1．(2025·浙江1月选考)“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图所示。题号1324(1)如图是某次实验中得到的纸带的一部分。每5个连续打出的点为一个计数点，电源频率为50Hz，打下计数点3时小车速度为________m/s(保留三位有效数字)。0.390

(2)下列说法正确的是________(多选)。A．改变小车总质量，需要重新补偿阻力B．将打点计时器接到输出电压为8V的交流电源上C．调节滑轮高度，使牵引小车的细线跟长木板保持平行D．小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，后释放小车题号1324CD

(3)改用如图1所示的气垫导轨进行实验。气垫导轨放在水平桌面上并调至水平，滑块在槽码的牵引下先后通过两个光电门，配套的数字计时器记录了遮光条通过光电门1、2的遮光时间分别为Δt1、Δt2，测得两个光电门间距为x，用游标卡尺测量遮光条宽度d，结果如图2所示，其读数d＝________mm，则滑块加速度a＝

(用题中所给物理量符号表示)。题号132410.00

_________

题号13242．(2025·安徽卷)某实验小组通过实验探究加速度与力、质量的关系。(1)利用图甲装置进行实验，要平衡小车受到的阻力。平衡阻力的方法是：调整轨道的倾斜度，使小车________(选填正确答案标号)。a．能在轨道上保持静止b．受牵引时，能拖动纸带沿轨道做匀速运动c．不受牵引时，能拖动纸带沿轨道做匀速运动题号1324c

(2)利用图乙装置进行实验，箱体的水平底板上安装有力传感器和加速度传感器，将物体置于力传感器上，箱体沿竖直方向运动，利用传感器测得物体受到的支持力FN和物体的加速度a，并将数据实时传送到计算机。①图丙是根据某次实验采集的数据生成的FN和a随时间t变化的散点图，以竖直向上为正方向。t＝4s时，物体处于________(选填“超重”或“失重”)状态；以FN为横轴、a为纵轴，根据实验数据拟合得到的a-FN图像为图丁中的图线a。题号1324失重②若将物体质量增大一倍，重新进行实验，其a-FN图像为图丁中的图线________。(选填“b”“c”或“d”)题号1324d[解析]

(1)平衡阻力的原理是调整轨道的倾斜度，使小车重力沿斜面向下的分力来平衡小车运动时打点计时器对小车(含纸带)的阻力及其他阻力，故平衡阻力的方法应是调整轨道的倾斜度，使小车在不受牵引时能拖动纸带沿轨道匀速运动，c正确。题号1324

题号1324题号13243．(2025·陕晋青宁卷)图(a)为探究加速度与力、质量关系的部分实验装置。(1)实验中应将木板_________(选填“保持水平”或“一端垫高”)。一端垫高

题号1324AC

(3)为探究加速度与力的关系，在改变作用力时，甲同学将放置在实验桌上的槽码依次放在槽码盘上；乙同学将事先放置在小车上的槽码依次移到槽码盘上。在其他实验操作相同的情况下，______(选填“甲”或“乙”)同学的方法可以更好地减小误差。题号1324乙

题号1324

题号13244．(2024·江西卷)某小组探究物体加速度与其所受合外力的关系。实验装置如图(a)所示，水平轨道上安装两个光电门，小车上固定一遮光片，细线一端与小车连接，另一端跨过定滑轮并挂上钩码。题号1324(1)实验前调节轨道右端滑轮高度，使细线与轨道平行，再适当垫高轨道左端以平衡小车所受阻力。(2)小车的质量为M1＝320g。利用光电门系统测出不同钩码质量m所对应小车的加速度a。钩码所受重力记为F，作出a-F图像，如图(b)中图线甲所示。题号1324(3)由图线甲可知，F较小时，a与F成正比；F较大时，a与F不成正比。为了进一步探究，将小车的质量增加至M2＝470g，重复步骤(2)的测量过程，作出a-F图像，如图(b)中图线乙所示。(4)与图线甲相比，图线乙的线性区间________，非线性区间________。再将小车的质量增加至M3＝720g，重复步骤(2)的测量过程，记录钩码所受重力F与小车加速度a，如表所示(表中第9～14组数据未列出)。题号1324较大较小题号1324序号12345钩码所受重力F/(9.8N)0.0200.0400.0600.0800.100小车加速度a/(m·s-2)0.260.550.821.081.36

钩码所受重力F/(9.8N)0.1200.1400.160……0.300小车加速度a/(m·s-2)1.671.952.20……3.92(5)请在图(b)中补充描出第6至