1、实验：探究加速度与力、质量的关系类型一教材原型实验【典例1】(2020佛山高一检测)如图1所示是某同学探究加速度与力的关系的实验装置。他在气垫导轨上安装了一个光电门B,滑块上固定一宽度为d的遮光条,滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连,传感器下方悬挂钩码,每次滑块都从A处由静止释放。(1)下列不必要的一项实验要求是_(请填写选项前对应的字母)。A.应使A位置与光电门间的距离适当大些B.应将气垫导轨调节水平C.应使细线与气垫导轨平行D.应使滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量(2)实验时,将滑块从A位置由静止释放,由数字计时器读出遮光条通过光电门B的时间t,若要得到滑块的加速度,还需
2、要测量的物理量是_。(3)保持钩码的质量不变,改变滑块的质量,分别得到滑块加速度a与质量m及对应的,数据如表:实验次数12345678a/(ms-2)1.901.721.491.251.000.750.500.30m/kg0.250.290.330.400.500.711.001.67/kg-14.003.453.032.502.001.411.000.60请在图2方格坐标纸中画出a-图线,并从图线求出滑块加速度a与质量倒数之间的关系式是_。【解析】(1)应使A位置与光电门间的距离适当大些,可以增大测量长度,从而有利于减小误差,故A是必要的;应将气垫导轨调节水平,使拉力等于合力,故B是必要的;
3、要保持拉线方向与木板平面平行,拉力才等于合力,故C是必要的;拉力是直接通过传感器测量的,故与小车质量和钩码质量大小无关,故D是不必要的;本题选不必要的,故选D。(2)实验时,将滑块从A位置由静止释放,由数字计时器读出遮光条通过光电门B的时间t,滑块经过光电门时的瞬时速度可近似认为是滑块经过光电门的平均速度。根据运动学公式得若要得到滑块的加速度,还需要测量的物理量是遮光条到光电门的距离L。(3)根据表中数据在坐标纸上描点,然后用一条直线将这些点和坐标原点连接起来,图像如图所示。由图线分析可知滑块加速度a的2倍等于滑块质量的倒数,即a=。答案:(1)D (2)遮光条到光电门的距离L(3)见解析图a
4、=类型二创新型实验【典例2】某实验小组用如图所示的实验装置探究加速度与力、质量的关系,重物通过滑轮用细线拉着小车,在小车和重物之间接一个不计质量的微型力传感器,位移传感器(发射器)随小车一起沿水平轨道运动,位移传感器(接收器)固定在轨道一端,实验中力传感器的拉力为F,保持小车(包括位移传感器)的质量不变,改变重物重力重复实验若干次,得到加速度与外力的关系。(1)关于实验操作,下列说法正确的是_(选填序号)。A.实验前应调节滑轮高度,使滑轮和小车间的细线与木板平行B.平衡摩擦力时,在细线的下端悬挂重物,使小车在线的拉力作用下能匀速运动C.每次改变小车所受的拉力后都要重新平衡摩擦力D.实验应满足重
5、物的质量远小于小车的质量(2)同学甲根据某次实验中位移传感器的实验数据作出小车运动的x-t2 图像如图所示,根据图像可知小车运动的加速度大小为_m/s2;比较发现此加速度小于力传感器拉力F与小车包括位移传感器(发射器)的质量的比值,原因可能是_。【解析】(1)实验前应调节滑轮高度,使滑轮和小车间的细线与木板平行,故A正确。平衡摩擦力时,不用悬挂重物,故B错误。每次改变小车所受的拉力后不需要重新平衡摩擦力,故C错误。力传感器可以直接得到拉力的大小,所以重物的质量没有必要远小于小车的质量,故D错误。(2)根据x=at2可知在x-t2图像中斜率表示a,a= m/s2=2.0 m/s2,解得a=4.0
6、 m/s2。此加速度小于力传感器拉力F与小车包括位移传感器(发射器)的质量的比值,原因可能是没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不足。答案:(1)A(2)4.0没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不足【创新评价】创新角度创新措施加速度求解方法创新利用位移传感器,记录小车速度,用v-t图像求加速度拉力测量手段的创新将用槽码重力近似代替小车拉力,改进为力传感器直接显示数据处理方法的创新将用坐标纸作图,改进为通过数据采集器输入计算机,显示屏直接显示【创新探究】(1)使用位移传感器和拉力传感器的优点是什么?提示:通过位移传感器和拉力传感器可以直接从计算机中得到数据,不用再通过测得的一些数据进行计算了。节省时间,效率比较高,精确度也比较高。(2)使用传感器后是否就不存在误差了?提示:依然存在误差,误差只能减小,不可能全部消除掉。