高考物理第三章第4节实验：探究加速度与物体受力、物体质量的关系学案

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1、第4节　实验：探究加速度与物体受力、物体质量的关系一、实验目的1．学会利用控制变量法研究物理规律。2．探究加速度与物体受力、物体质量的关系。3．学会利用图像法处理实验数据的方法。二、实验原理1．保持质量不变，探究加速度a与合外力F的关系。2．保持合外力不变，探究加速度a与质量M的关系。3．作出aF图像和a图像，确定a与F、M的关系。三、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。[部分器材用途]天平测量小车、小盘的质量砝码放入小盘、小车，改变小车

2、的合外力和小车质量四、实验步骤1．称量质量：用天平测量小盘的质量m0和小车的质量M。2．仪器安装：按照如图所示装置把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细线系在小车上(即不给小车牵引力)。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，使小车在斜面上做匀速直线运动。4．操作记录(1)把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂小盘，小盘里放砝码，先接通电源再放开小车，取纸带，编号码。(2)保持小车的质量M不变，改变小盘中砝码的重力，重复步骤(1)。由纸带计算出小车的加速度，并把力和对应的加速度填入表(一)中。(3)保持小盘和砝

3、码质量m不变，改变小车和砝码的总质量M，重复以上步骤。并将所对应的质量和加速度填入表(二)中。表(一)实验次数加速度a/(m·s－2)小车受力F/N1234表(二)实验次数加速度a/(m·s－2)小车和小车上砝码的总质量M/kg123五、数据处理1．计算加速度：先在纸带上标明计数点，测量各计数点间的距离，根据逐差法计算各条纸带对应的加速度。2．作图像找关系：根据记录的各组对应的加速度a与小车所受牵引力F，建立直角坐标系，描点画aF图像。如果图像是一条过原点的倾斜直线，便证明加速度与作用力成正比。再根据记录的各组对应的加速度

4、a与小车和小车上砝码总质量M，建立直角坐标系，描点画a图像，如果图像是一条过原点的倾斜直线，就证明了加速度与质量成反比。六、误差分析1．偶然误差(1)摩擦力平衡不准确，故在平衡摩擦力时，不给小车牵引力，使打点计时器打出的纸带点迹间隔均匀。(2)质量测量以及计数点间距测量不准确，故要采取多次测量取平均值。(3)作图不准确，故在描点作图时，要用坐标纸，使尽量多的点落在直线上，不在直线上的点均匀分布两侧，舍去偶然误差较大的点。2．系统误差：因实验原理不完善引起的误差。本实验用小盘和砝码的总重力mg代替对小车的拉力，而实际上小车所

5、受的拉力要小于小盘和砝码的总重力。故要满足小盘和砝码的总质量远小于小车的质量。七、注意事项1．平衡摩擦力：平衡摩擦力时，要调出一个合适的斜面，使小车的重力沿着斜面方向的分力正好平衡小车受的摩擦阻力。此时，不要把悬挂小盘的细线系在小车上，即不要给小车加任何牵引力，要让小车拖着纸带运动。2．实验条件：M≫m。只有如此，小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力。3．一先一后：改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，后放开小车，且应在小车到达滑轮前按住小车。4．作图：作图时两轴标度比例要适当，各物

6、理量采用国际单位，这样作图线时，坐标点间距不至于过密，误差会小些。[基础考法]考法(一)　实验原理与操作1．在“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”实验中，采用如图所示的装置图进行实验：(1)实验中，需要在木板的右端垫上一个小木块，其目的是：________________________。(2)实验中，已知测出小车的质量为M，砝码(包括砝码盘)的总质量为m，若要将砝码(包括砝码盘)的总重力大小作为小车所受拉力F的大小，这样做的前提条件是__________________________________________

7、______________________________。(3)在实验操作中，下列说法正确的是________(填序号)。A．求小车运动的加速度时，可用天平测出小盘和砝码的质量M′和m′，以及小车质量M，直接用公式a＝g求出B．实验时，应先接通打点计时器的电源，再放开小车C．每改变一次小车的质量，都需要改变垫入的小木块的厚度D．先保持小车质量不变，研究加速度与力的关系；再保持小车受力不变，研究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度与力、质量的关系解析：(1)本实验木板表面不可能光滑，摩擦力会影响实验结果，所以要平衡摩擦力

8、。(2)根据牛顿第二定律得mg＝(M＋m)a，解得a＝，则绳子的拉力F＝Ma＝＝，可知当砝码(包括砝码盘)的总质量远小于小车质量时，小车所受的拉力等于砝码(包括砝码盘)的总重力，所以应满足的条件是砝码(包括砝码盘)的总质量远小于小车的质量。(3)本实验的目的是：探究加速度与力、质量的关系，所以不能把牛顿