备战2024年高考物理一轮重难点复习 实验四：探究加速度与物体受力、物体质量的关系.docx

实验四：探究加速度与物体受力、物体质量的关系

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a－F图像和a－eq\f(1,m)图像，确定a与F、m的关系．

2.实验器材

小车、槽码、细绳、一端附有定滑轮的长木板、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m′和小车的质量m.

(2)安装：按照如图所示装置把实验器材安装好．

(3)平衡摩擦力：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，取下纸带，编号码．

②保持小车的质量m不变，改变槽码的质量m′，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a.

④描点作图，作a－F的图像．

⑤保持槽码的质量m′不变，改变小车质量m，重复步骤①和③，作a－eq\f(1,m)图像．

4.数据处理

(1)利用逐差法或v－t图像法求a.

(2)以a为纵坐标，F为横坐标，描点、画线，如果该线为过原点的直线，说明a与F成正比．

(3)以a为纵坐标，eq\f(1,m)为横坐标，描点、画线，如果该线为过原点的直线，就能判定a与m成反比．

5.注意事项

(1)平衡摩擦力时：纸带上的点间隔均匀表示小车做匀速运动．

(2)实验必须保证的条件：m?m′.

(3)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m′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)平衡摩擦力不准确、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．

知识一：教材原型实验

【例1】图甲为“探究加速度与物体所受合外力关系”的实验装置，实验中所用小车的质量为，重物的质量为，实验时改变重物的质量，记下测力计对应的读数。

（1）实验过程中，（填“需要”或“不需要”）满足。

（2）实验过程中得到如图乙所示的纸带，已知所用交流电的频率为。其中A、B、C、D、E为五个计数点，相邻两个计数点之间还有4个点没有标出，根据纸带提供的数据，可求出小车加速度的大小为。（计算结果保留三位有效数字）

（3）当重物质量合适时，小车做匀速运动，此时测力计的读数为。更换重物，用表示小车的加速度，表示弹簧测力计的示数，下列描绘的关系图像合理的为。

A．????B．??????

C．???D．??

【答案】不需要0.638D

【详解】（1）[1]实验中，细线对滑轮和小车的作用力通过测力计测量，不需要满足；

（2）[2]相邻计数点间的时间间隔为

根据逐差法可得小车的加速度为

（3）[3]小车匀速运动时有

当更换重物后，由牛顿第二定律有

解得

可知函数为一次函数，图像为一条倾斜直线，与横轴交于一点。

故选D。

【例2】用如图一所示的实验装置做“探究加速度与力、质量的关系”实验：

（1）下面列出了一些实验器材：电磁打点计时器、纸带、带滑轮的长木板、垫块、小车和砝码、砂和砂桶。除以上器材外，还需要的实验器材有

A．天平????????B．秒表????????C．刻度尺（最小刻度为1mm）????D．低压交流电源

（2）此实验中需要满足一些条件，下列正确的做法是

A．小车放在长木板上，反复调节长木板的倾斜程度，直至轻推小车使其在不受绳的拉力下沿木板做匀速运动

B．小车放在长木板上，后面固定一条纸带，纸带穿过打点计时器。反复调节长木板的倾斜程度，直至轻推小车使其在不受绳的拉力下沿木板做匀速运动

C．实验中，不需要满足砂和砂桶的总质量m与小车和车上砝码的总质量M之间的条件

D．实验中，为了保证砂和砂桶所受的重力近似等于使小车做匀加速运动的拉力，砂和砂桶的总质量m与小车和车上砝码的总质量M之间应满足的条件是

（3）下图为某次实验得到的纸带，交流电的频率为50Hz，在相邻两计数点间都有四个打点未画出，用刻度尺测得：，，，，，。

打下“3”点时小车的瞬时速度大小m/s。

②小车的加速度大小a＝。（计算结果均保留2位有效数字）

（4）另一小组在研究“小车质量一定时，加速度与力的关系”实验时，用改变砂的质量的办法来改变对小车的作用力F，然后根据测得的数据作出a－F图像，如图三所示。发现图像既不过原点，末端又发生了弯曲，可能的原因是。

A．没有补偿摩擦阻力，且小车质量较大

B．补偿摩擦阻力时，木板的倾