2019届高考物理一轮复习实验方法之控制变量法学案新人教版.doc

1、1控制变量法“探究加速度和力的关系和加速度与质量的关系”实验或者说“验证牛顿定律”实验是典型的“控制变量法”的应用。一、牛顿第二定律实验1实验装置图 1 为俯视图，图 2 为侧视图。2实验过程(1)加速度跟力的关系（控制变量质量不变）使用两个相同的小车，满足 m1=m2；在连小车前的绳端分别挂一个钩码和两个钩码，使 F1=2F2将二小车拉至同一起点处，记下位置放手后经一段时间使二小车同时停止，满足时间 t 相同改变 F 重复实验，读出二小车的位移，填入表 1：表 1根据 21ats，在 相等的情况下， a与 s成正比。从表 1 可得：比较可得，在误差允许的范围内，aF(2)加速度跟质量的关系（

2、控制变量力不变）将小车 1 上加 0.2kg 砝码，使 m1=2m2；二小车前面绳端都挂一个钩码，使F1=F2将二小车拉至同一起点处放开经一段时间使其同时停止，读出各小车位移记入表 2：表 223定律导出速度跟作用力成正比，跟物体的质量成反比，即牛顿第二定律的基本关(2)上式可写为等式 F=kma，式中 k 为比例常数如果公式中的物理量选择合适的单位，就可以使 k=1，则公式更为简单在国际单位制中，力的单位是牛顿牛顿这个单位就是根据牛顿第二定律来定义的：使质量是 1kg 的物体产生 1m/s2的加速度的力为 1N，即 1N=1kgm/s2可见，如果都用国际单位制中的单位，就可以使 k=1，那么

3、公式则简化为F=ma，这就是牛顿第二定律的数学公式(3)当物体受到几个力的作用时，牛顿第二定律也是正确的，不过这时 F 代表的是物体所受外力的合力牛顿第二定律更一般的表述是：物体的加速度跟所受的外力的合力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同数学公式是：F 合 =ma3系统误差分析： 用公式法分析误差在实验中，小车（质量为 m）受的拉力实际上不等于钩码的重力（ gm），设为 T，则有mag，解得gT从结果可以看出，小车受的拉力 T实际上小于钩码的重力（ gm），而钩码的重力（gm）是产生小车和钩码二者的加速度的力，而不是产生小车的加速度的力。根据公式 mgT，得相对误差为

4、Tg，也就是说，小车质量 比钩码质量 大得越多，相对误差越小，即实验条件是：只有当 时，才能认为小车受力等于钩码的重力。题 1.“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”的实验装置如图甲所示.3（1）在平衡小车与桌面之间摩擦力的过程中，打出了一条纸带如图乙所示。计时器打点的时间间隔为 0.02s.从比较清晰的点起，每 5 个点取一个计数点，量出相邻计数点之间的距离。该小车的加速度 a= m/s2.（结果保留两位有效数字）（2）平衡摩擦力后，将 5 个相同的砝码都放在小车上.挂上砝码盘，然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中，测量小车的加速度。小车的加速度 a 与砝码盘中砝码总重力 F的实验数据

5、如下表：砝码盘中砝码总重力 F(N)0.196 0.392 0.588 0.784 0.980加速度 a（ms -2） 0.69 1.18 1.66 2.18 2.70请根据实验数据作出 a-F 的关系图像.（3）根据提供的试验数据作出的 a-F 图线不通过原点，请说明主要原因。【答案】 (1) 0.16 (0.15 也算对) （2） （见下图） （3）未计入砝码盘的重力题 2.如题（a）图，质量为的滑块放在气垫导轨上，为位移传感器，它能将滑块到传感器的距离数据实时传送到计4算机上，经计算机处理后在屏幕上显示滑块的位移时间（s-t）图象和速率时间（v-t）图象。整个装置置于高度可调节的斜面上，

6、斜面的长度为了 l、高度为 h。 （取重力加速度 g=9.8m/s2，结果可保留一位有效数字）（）现给滑块一沿气垫导轨向上的初速度，的 v-t 图线如题(b)图所示。从图线可得滑块下滑时的加速度 a= m/s2 ,摩擦力对滑块运动的影响 。 （填“明显，不可忽略”或“不明显，可忽略” ）学 / （）此装置还可用来验证牛顿第二定律。实验时通过改变 ，可验证质量一定时，加速度与力成正比的关系；实验时通过改变 ，可验证力一定时，加速度与质量成反比的关系。（）将气垫导轨换成滑板，滑块换成滑块 ，给滑块一沿滑板向上的初速度，的 s-t 图线如题（c）图。图线不对称是由于 造成的，通过图线可求得滑板的倾角

7、 （用反三角函数表示） ，滑块与滑板间的动摩擦因数 【答案与解析】 （1）下滑时，加速度为 22/6/5.013smtva下 ；上滑时，加速度为 22/6/0.53smstva上 6 摩擦力对滑块 A 运动的影响不明显，可忽略。5（2）改变斜面高度 h, 则改变斜面的倾角，则改变产生加速度的力（sinMgF） ，可验证质量一定时，加速度与力成正比的关系；改变滑块 A 的质量 M 及斜面的高度 h，且使 Mh 不变，因为 LMghFsin，使 Mh 不变，则F 不变，可验证力一定时，加速度与质量成反比的关系。解得 25.0 (0.2 0.4 都对)。题 3. 某物理课外小组利用图（a）中的装置探

8、究物体加速度与其所受合外力之间的关系。途中，置于试验台上的长木板水平放置，其右端固定一轻滑轮：轻绳跨过滑轮，一段与放在木板上的小滑车相连，另一端可悬挂钩码。本实验中可用的钩码共有 N=5 个，每个质量均为 0.010kg。实验步骤如下：（1）将 5 个钩码全部放入小车中，在长木板左下方垫上适当厚度的小物快，使小车 9（和钩码）可以在木板上匀速下滑。（2）将 n（依次取 n=1,2,3,4,5）个钩码挂在轻绳右端，其余 N-n 各钩码仍留在小车内；用手按住小车并使轻绳与木板平行。释放小车，同时用传感器记录小车在时刻 t 相对于其起始位置的位移 s，绘制 s-t 图像，经数据处理后可得到相应的加速

9、度 a。（3）对应于不同的 n 的 a 值见下表。n=2 时的 s-t 图像如图(b)所示：由图（b）求出此时小车的加速度（保留 2 位有效数字） ，将结果填入下表。n 1 2 3 4 562/msaA0.20 0.58 0.78 1.00（4）利用表中的数据在图（c）中补齐数据点，并作出 a-n 图像。从图像可以看出：当物体质量一定是=时，物体的加速度与其所受的合外力成正比。（5）利用 an 图像求得小车（空载）的质量为 kg（保留 2 位有效数字，重力加速度取 g=9.8 ms2） 。（6）若以“保持木板水平”来代替步骤（1） ，下列说法正确的是 （填入正确选项钱的标号）A an 图线不再

10、是直线B an 图线仍是直线，但该直线不过原点C an 图线仍是直线，但该直线的斜率变大【答案】 （3）0.39（4）如图所示（5）0.45（6）BC【解析】 （3）因为小车做初速度为 0 的匀加速直线运动，故将（2,0.78）代入 21xat可得 20.9/ams根据描点法可得如图所示图线（4）根据描点法可得如图所示图线（5）根据牛顿第二定律可得 (5)nmgMa，代入7m=0.010kg，n=1、2、3、4、5，以及相应的加速度求可得 0.45Mkg（6）若不平衡摩擦力，则满足 F-f=ma 的形式，所以直线不过原点，但仍是直线，A 错 B对；随着 n 的增大，小车的总质量在增大，斜率变大，C 正确；