新高考物理一轮复习分层提升练习专题20 探究加速度和力、质量的关系（原卷版）.doc

专题20探究加速度和力、质量的关系

导练目标

导练内容

目标1

教材经典实验方案的原理、步骤和数据处理

目标2

新高考的常见五种改进创新实验

【知识导学与典例导练】

教材经典实验方案的原理、步骤和数据处理

1.实验目的：探究加速度与力、质量的关系。

2.实验器材：

打点计时器、纸带、复写纸、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平、刻度尺、砝码。

3.实验思路：

(1)控制变量法的应用：将小车置于水平木板上,通过滑轮与小盘和砝码相连,小车可以在小盘和砝码的牵引下运动。

①保持小车质量不变,研究加速度与力的关系。

②保持小车所受的拉力不变,研究加速度与质量的关系。

（2）物理量的测量

①用天平测量质量:为了改变小车的质量,可以在小车中增减砝码的数量。

②将打点计时器的纸带连在小车上,根据纸带上打出的点来测量加速度。

③现实中,仅受一个力作用的物体几乎不存在。然而,一个单独的力的作用效果与跟它大小、方向都相同的合力的作用效果是相同的。因此,实验中作用力F的含义可以是物体所受的合力。用阻力补偿法确定小车受到的合力——小盘和砝码的牵引力。

4.进行实验

①称量质量——用天平测量小盘和小车的质量。

②安装器材——按如图所示装置安装器材(暂时不把悬挂小盘的细绳系在小车上)。

③阻力补偿法平衡摩擦及其他阻力——在长木板不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块,反复移动薄木块的位置,直至小车能拉着纸带匀速下滑。

④测量加速度

1)保持小车的质量不变,打出一条纸带。计算小盘和砝码的重力,由纸带计算出小车的加速度,并填入表中。改变小盘内砝码的个数,并多做几次实验。

2)保持小盘内的砝码个数不变,在小车上放上砝码改变小车的质量,让小车在木板上滑动打出纸带。计算砝码和小车的总质量,并由纸带计算出小车对应的加速度,填入表中。改变小车上砝码的个数,多做几次实验。

5.数据分析

①利用Δx=aT2及逐差法求a。

②以a为纵坐标,F为横坐标,根据各组数据描点,如果这些点在一条过原点的直线上,说明a与F成正比。

③以a为纵坐标,1m为横坐标,描点、连线,如果该线为过原点的直线,就能判定a与m

6.误差分析

①实验原理不完善:本实验用小盘和砝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小盘和砝码的总重力。

②摩擦力平衡不准确、质量测量不准确、计数点间距测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差。

【例1】某实验小组利用如图1所示的装置“探究加速度与力、质量的关系”。

（1）实验中除了需要小车、砝码、托盘、细绳、附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、低压交流电源、两根导线、复写纸、纸带之外，还需要________、________；

（2）某同学以小车和车上砝码的总质量的倒数SKIPIF10为横坐标，小车的加速度a为纵坐标，在坐标纸上作出的a-SKIPIF10关系图线如图2所示。由图可分析得出：加速度与质量成________关系（填“正比”或“反比”）；图线不过原点说明实验有误差，引起这一误差的主要原因是平衡摩擦力时长木板的倾角________（填“过大”或“过小”）；

（3）有一组同学保持小车及车中的砝码质量一定，探究加速度a与所受外力F的关系，他们在轨道水平及倾斜两种情况下分别做了实验，得到了两条a--F图线，如图3所示。图线________（填“①”或“②”）是在轨道倾斜情况下得到的；小车及车中砝码的总质量m＝________kg。

新高考的改进创新实验

1.整体系统法

【例2】如图所示为某学校两位同学探究“物体的加速度与其质量、所受合外力的关系”的实验装置图。

（1）实验中，两位同学安装好实验装置后，首先平衡摩擦力，他们将长木板的一端适当垫高些后，在不挂砝码盘的情况下，使小车靠近打点计时器后，先接通电源，后用手轻拨小车，小车便拖动纸带在木板上自由运动。若打点计时器第一次在纸带上打出的计时点越来越稀疏（从打出的点的先后顺序看），则第二次打点前应将长木板底下的小木块垫的比原先更加_______（选填“高”或“低”）些；重复以上操作步骤，直到打点计时器在纸带上打出一系列点间隔均匀的计时点，便说明平衡摩擦力合适；

（2）平衡摩擦力后，在_______的条件下，两位同学可以认为砝码盘（连同砝码）的总重力近似等于小车的所受的合外力；【已知小车的质量为SKIPIF10，砝码盘（连同砝码）的总质量为SKIPIF10】

（3）接下来，这两位同学先保持小车的质量不变的条件下，研究小车的加速度与受到的合外力的关系；题图为某次操作中打出的一条纸带，他们在纸带上标出了SKIPIF10个计数点，在相邻的两个计