1、温馨提示： 此套题为Word版，请按住Ctrl,滑动鼠标滚轴，调节合适的观看比例，答案解析附后。关闭Word文档返回原板块。第2节科学探究：加速度与力、质量的关系一、实验目的(1)探究加速度与力、质量的关系。(2)学习用控制变量法探索物理规律。二、实验器材带定滑轮的木板、薄垫块、小车、细绳、重物(小钩码或沙桶)、打点计时器、纸带、交流电源、天平、砝码、刻度尺。三、实验原理与设计1本实验采用的科学方法是_C_。A理想实验法B等效替代法C控制变量法 D建立物理模型法2实验原理：(1)保持小车质量M不变：通过增减钩码的方式改变作用于小车的力F，并测出小车相应的加速度a，则可得a与F的关系。(2)保持
2、拉力F不变：通过增减小车上的砝码的方式改变小车的质量M，测出相应的加速度a，则可得a与M的关系。3实验设计三个物理量的测量方法：(1)拉力的测量。平衡摩擦力。a用薄垫块将木板没有定滑轮的一端垫高；b使小车不挂重物拖动纸带能匀速运动；c这时小车重力沿斜面方向的分力恰好抵消其所受摩擦力和其他阻力。使小车所受拉力等于钩码的重力。只有满足所挂钩码的质量远小于小车的质量时，才可近似认为钩码的重力大小等于对小车的拉力大小，即Fmg。(2)研究对象质量的测量。用天平测出小车质量；为改变小车质量，可在小车中增减砝码。(3)加速度的测量。原理：放在木板上的小车在拉力作用下做匀加速直线运动，满足saT2；用刻度尺
3、测量计数点之间的距离；利用逐差法计算对应加速度的大小。4数据处理方法图像法、化曲为直法：(1)加速度与力的关系：研究加速度a与F的关系时，以加速度a为纵坐标、以力F为横坐标，根据测量数据画图，若图像是一条过原点的直线，说明a与F成正比。(2)加速度与质量的关系：数据处理：研究加速度a与物体质量M的关系，以加速度a为纵坐标、以物体的质量M为横坐标，画出图像是曲线；化曲为直：检查aM是不是双曲线，就能判断二者是否为反比关系，但是判断是否为双曲线，难度较大。若a与M是反比关系，则a与必成正比关系，我们采用“化曲为直”的方法，将aM图像转变为a图像。四、实验步骤1安装实验器材：将小车置于带有定滑轮的木
4、板上，将纸带穿过打点计时器后挂在小车尾部。2平衡摩擦力：用薄垫块将木板一端垫高，调整其倾斜程度，直至小车运动时打点计时器在纸带上打出的点分布均匀为止。3悬挂重物：在细绳一端挂上重物，另一端通过定滑轮系在小车前端。注意重物质量应远小于小车质量。4收集纸带数据：小车靠近打点计时器后开启打点计时器，稍后再将小车由静止释放，打点计时器在纸带上打出一系列的点，据此计算出小车的加速度。5改变小车受力：(1)保持小车的质量不变，通过增加小钩码的数量，增加重物的质量(总质量仍远小于小车质量)；(2)重复步骤4，多做几次实验，并记录好相应纸带的编号及所挂钩码的总重力m2g、m3g6改变小车质量：(1)保持重物(
5、小车所受的拉力)不变，通过增加或减少小车上的砝码的方式，改变小车的质量，接通电源后放开小车，用纸带记录小车的运动情况。取下纸带，并在纸带上标上号码及小车和砝码的总质量M1；(2)继续在小车上增加砝码，重复前面的步骤，多做几次实验，在每次实验得到的纸带上标上号码及小车和砝码的总质量M2、M37求加速度的方法：根据公式saT2，采用逐差法计算小车加速度。将得到的数据填入相应的表格，以便进行数据处理。(1)“平衡”摩擦力的操作过程中，要不要挂钩码？为什么？提示：实验过程中，为确保细绳拉力的大小为小车所受合力的大小，故平衡时不需挂钩码。(2)“平衡”摩擦力的操作过程中，要不要拖动纸带？为什么？提示：需
6、要“平衡”的摩擦力包括纸带与打点计时器间的摩擦，所以平衡摩擦力的过程中需要拖动纸带。(3)改变小车质量时，需要重新平衡摩擦力吗？为什么？提示：不需要重新平衡摩擦力，因为如果已经平衡了摩擦力，木板的倾角是一个定值，且保证了Mg sin Mg cos ，即tan ，此时小车在木板上，就可以认为不受摩擦力。如果小车质量改变后，tan 关系不变，所以轻推小车仍然可做匀速直线运动。五、数据收集处理与误差分析1数据收集处理：(1)列F、a数据收集表：根据实验操作，将小车在不同力作用下产生的加速度填入表中：实验序号12345作用力(钩码的重力)F/N加速度a/(ms2)(2)作aF图像的方法：以a为纵坐标、
7、F为横坐标，根据数据作aF 图像，用曲线拟合测量点，找出规律，分析a与F的关系。(3)列M、a数据收集表：把不同质量的小车(小车和砝码)在相同力的作用下产生的加速度填在表中：实验序号12345小车和砝码质量M/kg加速度a/(ms2)(4)作a图像的方法：分别以a为纵坐标、M和为横坐标，根据数据作aM图像和a图像，分析a与M的关系。(5)通过对实验数据的分析能得到结论：在质量一定时，物体的加速度与所受到的合力成正比；在合力一定时，物体的加速度与物体的质量成反比。2误差分析：产生原因减小方法偶然误差质量测量不准、计数点间距测量不准多次测量求平均值小车所受拉力测量不准(1)尽量减小摩擦力的影响(2
8、)使细绳和纸带平行于木板作图不准使尽可能多的点落在直线上或均匀分布在直线两侧，误差较大的点舍去系统误差小盘及重物的总重力代替小车所受的拉力使小盘和重物的总质量远小于小车的质量为什么在研究加速度与质量关系时，不作aM图像，而是作a图像？ 提示：因为aM图像不是线性关系，很难得出具体结论，转化成a图像后，图像转化为线性关系，使物理量间的关系更直观。 教材原型实验角度1实验原理和实验操作【典例1】下面是“探究加速度与力、质量的关系”实验步骤：用天平测出小车的质量m；安装好打点计时器，在小车上装好纸带；调整长木板的倾斜程度；在细绳的另一端跨过定滑轮并挂上适量的槽码m1；保持小车质量一定时，探究加速度与
9、力的关系；保持小车所受拉力一定时，探究加速度与质量的关系。(1)步骤的目的是_。(2)步骤中，要求槽码的质量m1_小车的质量m。(3)步骤和，表明该实验采用的科学方法是_。【解析】(1)步骤是为了平衡小车与木板、纸带与打点计时器间的摩擦力，使小车所受的合力等于细绳的拉力。(2)步骤中，要求槽码的质量m1远小于小车的质量m，以使小车所受细绳的拉力近似等于槽码的总重力。(3)该实验采用的是控制变量法。答案：(1)平衡摩擦力(2)远小于(3)控制变量法某实验小组利用如图所示的装置探究加速度与力、质量的关系。(1)下列做法正确的是_(填字母代号)。 A.调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行
10、B.在调节长木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上C.实验时，先放开木块再接通打点计时器的电源D.通过增减木块上的砝码改变质量时，不需要重新调节长木板倾斜度(2)如图是甲、乙两同学根据实验数据画出的图像。形成图线甲的原因是_。形成图线乙的原因是_。【解析】(1)实验中细绳要与长木板保持平行，A正确；平衡摩擦力时不能将装有砝码的砝码桶通过细绳绕过滑轮拴在木块上，这样无法平衡摩擦力，B错误；实验时应先接通打点计时器的电源再放开木块，C错误；平衡摩擦力后，改变木块上的砝码的质量后不需要再重新平衡摩擦力，D正确。(2)图线甲中F0时，木块就有了加速度，可见是长木板
11、倾角过大。图线乙中，有了拉力时，加速度仍为0，说明未平衡摩擦力或平衡摩擦力不够。答案：(1)A、D(2)长木板倾角过大未平衡摩擦力或平衡摩擦力不够角度2实验数据分析【典例2】某同学设计了一个探究加速度a与物体所受合力F及质量m的关系的实验，如图所示，图甲为实验装置简图(交流电的频率为50 Hz)。(1)图乙为某次实验得到的纸带，根据纸带可求出小车的加速度大小为_m/s2(保留两位有效数字)。(2)保持砂和砂桶质量不变，改变小车的质量m，分别得到小车加速度a与质量m及对应的，数据如表所示：物理量12345678小车加速度a/(ms2)1.901.721.491.251.000.750.500.3
12、0小车质量m/kg0.250.290.330.400.500.711.001.67/kg14.003.453.032.502.001.411.000.60请画出a图线，并依据图线求出小车加速度a与质量倒数之间的关系式是_。(3)保持小车质量不变，改变砂和砂桶质量，该同学根据实验数据作出了加速度a随合力F变化的图线，如图所示。该图线不通过原点，请你分析其主要原因是_。【解析】(1)用逐差法计算加速度。由纸带上的数据可知：s16.19 cm，s26.70 cm，s37.21 cm，s47.72 cm。电火花计时器的打点周期为T0.02 s，故加速度 a3.2 m/s2。(2)根据题目提供的小车加速
13、度a与的有关数据，可在坐标系中描出8个对应点，用一条直线“连接”各点，使尽量多的点落在直线上，不在直线上的点大致均匀分布在直线的两侧，得到的a图线如图所示，由图可得a。(3)由题图可分析，当加速度a为零时，拉力F并不为零，说明实验前没有平衡摩擦力或者未完全平衡摩擦力。答案：(1)3.2(2)图见解析a(3)实验前没有平衡摩擦力或者未完全平衡摩擦力 创新型实验【典例3】某实验小组用如图1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
14、的拉力为F，保持小车包括位移传感器(发射器)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_。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下滑C每次改变小车所受的拉力后都要重新平衡摩擦力D实验应满足重物的质量远小于小车的质量(2)同学甲根据某次实验位移传感器的实验数据作出小车运动的st2图像如图2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
15、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。故选A。(2)根据初速度为0的位移公式sat2可知：在st2图像中斜率ka，所以a2k4.0 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角度创新措施加速度求解方法的创新利用位移传感器，记录小车位移，用st2图像求加速度拉力测量手段的创新将用砝码的重力近似代替小车拉力，改进为力传感器直接测量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，显示屏直接显示关闭Word文档返回原板块
