4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系-2022-2023学年高一物理精讲与精练高分突破考点专题系列（人教版2019必修第一册）.docxVIP

4.2试验：探究加速度与力、质量的关系

一：学问精讲归纳

考点一、试验思路——把握变量法

1．探究加速度与力的关系

保持小车质量不变，通过转变槽码的个数转变小车所受的拉力，测得不同拉力下小车运动的加速度，分析加速度与拉力的定量关系．

2．探究加速度与质量的关系

保持小车所受的拉力不变，通过在小车上增加重物转变小车的质量，测得不同质量的小车对应的加速度，分析加速度与质量的定量关系．

考点二、物理量的测量

1．质量的测量：用天平测量．在小车中增减砝码的数量可转变小车的质量．

2．加速度的测量

(1)方法1：让小车做初速度为0的匀加速直线运动，用刻度尺测量小车移动的位移x，用秒表测量发生这段位移所用的时间t，然后由a＝eq\f(2x,t2)计算出加速度a.

(2)方法2：由纸带依据公式Δx＝aT2，结合逐差法计算出小车的加速度．

(3)方法3：不直接测量加速度，求加速度之比，例如：让两个做初速度为0的匀加速直线运动的物体的运动时间t相等，测出各自的位移x1、x2，则eq\f(a1,a2)＝eq\f(x1,x2)，把加速度的测量转换成位移的测量．

考点三．力的测量

在阻力得到补偿的状况下，小车受到的拉力等于小车所受的合力．

(1)在槽码的质量比小车的质量小得多时，可认为小车所受的拉力近似等于槽码所受的重力．

(2)使用力传感器可以直接测量拉力的大小，不需要使槽码的质量远小于小车的质量．

三、试验器材

小车、砝码、槽码、细线、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、沟通电源、纸带、刻度尺、天平．

考点四、进行试验

1．用天平测出小车的质量m，并把数值记录下来．

2．按如图1所示的装置把试验器材安装好(小车上先不系细线)．

图1

3．补偿阻力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫上垫木，反复移动垫木位置，启动打点计时器，直到轻推小车使小车在斜面上运动时可保持匀速直线运动为止(纸带上相邻点间距相等)，此时小车重力沿斜面方向的分力等于打点计时器对小车的阻力和长木板的摩擦阻力及其他阻力之和．

4．把细线绕过定滑轮系在小车上，另一端挂上槽码．保持小车质量不变，转变槽码的个数，以转变小车所受的拉力．处理纸带，测出加速度，将结果填入表1中．

表1小车质量肯定

拉力F/N

加速度a/(m·s－2)

5.保持槽码个数不变，即保持小车所受的拉力不变，在小车上加放砝码，重复上面的试验，求出相应的加速度，把数据记录在表2中．

表2小车所受的拉力肯定

质量m/kg

加速度a/(m·s－2)

考点五、数据分析

1．分析加速度a与力F的定量关系

由表1中记录的数据，以加速度a为纵坐标，力F为横坐标，依据测量数据描点，然后作出a－F图像，如图2所示，若图像是一条过原点的直线，就能说明a与F成正比．

图2

2．分析加速度a与质量m的定量关系

由表2中记录的数据，以a为纵坐标，以eq\f(1,m)为横坐标，依据测量数据描点，然后作出a－eq\f(1,m)图像，如图3所示．若a－eq\f(1,m)图像是一条过原点的直线，说明a与eq\f(1,m)成正比，即a与m成反比．

图3

3．试验结论

(1)保持物体质量不变时，物体的加速度a与所受拉力F成正比．

(2)保持拉力F不变时，物体的加速度a与质量m成反比．

六、留意事项

1．打点前小车应靠近打点计时器且应先启动打点计时器后放开小车．

2．在补偿阻力时，不要(选填“要”或“不要”)悬挂槽码，但小车应连着纸带且启动打点计时器．用手轻轻地给小车一个初速度，假如在纸带上打出的点的间隔均匀，表明小车受到的阻力跟它受到的重力沿斜面对下的分力平衡．

3．转变槽码的质量的过程中，要始终保证槽码的质量远小于小车的质量．

4．作图时应使所作的直线通过尽可能多的点，不在直线上的点也要尽可能地均匀分布在直线的两侧，个别偏离较远的点应舍去．

二：考点题型归纳

题型一：试验图像问题

1．（2021·江苏南京·高一）如图是用阻力补偿法“探究加速度与力的关系”的试验装置，小车的前端固定有拉力传感器，跨过定滑轮的轻绳一端固定于传感器，另一端与装有砝码的托盘相连。试验中保持小车质量不变，转变砝码的质量，测出绳中拉力大小F与相应的加速度大小a，作出a－F图像，下列图像中正确的是（）

A．B．C．D．

2．（2021·全国·高一课时练习）如图（a）为“用DIS争辩加速度和力的关系”的试验装置。某试验小组转变所挂钩码的数量，多次重复测量，绘出如图（b）所示的图像。引起误差的主要缘由是（）

A．小车与轨道之间存在摩擦 B．先点击“记录数据”，后释放小车

C．所挂钩码的总质量太大 D．所用小车的质量太大

3．（2021·全国·高一）某同学做探究加速度与力、质量的关系的试验中由于遗忘平衡摩擦力，所得的a-F图像为图中的（）

A．B．C． D．

题