1、实验四 探究加速度与力、质量的关系,第三章 牛顿运动定律,内容索引,过好双基关,命题点一 教材原型实验,命题点二 实验拓展创新,1,过好双基关,1.实验原理 (1)保持质量不变，探究加速度跟 的关系. (2)保持合外力不变，探究加速度与 的关系.(3)作出aF图象和a 图象，确定其关系.2.实验器材 小车、砝码、小盘、细绳、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、 、导线两根、纸带、天平、米尺.,合外力,质量,低压交流电源,3.实验步骤 (1)测量：用天平测量小盘和砝码的质量m和小车的质量m. (2)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绳系在小车上(即不给小车 ).,
2、牵引力,(3)平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块，使小车能 下滑. (4)操作：小盘通过细绳绕过定滑轮系于小车上，先 后，断开电源，取下纸带编号码. 保持小车的质量m不变，改变小盘和砝码的质量m，重复步骤. 在每条纸带上选取一段比较理想的部分，测加速度a. 描点作图，作aF的图象. 保持小盘和砝码的质量m不变，改变小车质量m，重复步骤和，作a 图象.,匀速,接通电源,放开小车,1.注意事项 (1)平衡摩擦力：适当垫高木板的右端，使小车的重力沿斜面方向的分力正好平衡 .在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细绳系在小车上，让小车拉着穿过打点计时器的纸带匀速运动. (2)不重复平衡
3、摩擦力. (3)实验条件： . (4)一先一后一按：改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近_，并应先接通电源，后释放小车，且应在小车到达滑轮前按住小车.,小车和纸带受到的阻力,mm,打点计时器,2.误差分析 (1)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.,3.数据处理 (1)利用xaT2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.
4、(3)以a为纵坐标， 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成反比.,命题点一 教材原型实验,2,用图甲所示装置探究物体的加速度与力的关系.实验时保持小车(含车中重物)的质量M不变，细线下端悬挂钩码的总重力作为小车受到的合力F，用打点计时器测出小车运动的加速度a.,【例1】,(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，在细线的下端悬挂钩码，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.实验时应先接通打点计时器电源，后释放小车,答案,解析,在调节木板倾斜度平衡小车受
5、到的滑动摩擦力时，不应悬挂钩码，故B错误； 由于平衡摩擦力之后有Mgsin Mgcos ，故tan ，所以无论小车的质量是否改变，小车所受的滑动摩擦力都等于小车的重力沿斜面方向的分力，改变小车所受的拉力，不需要重新平衡摩擦力，故C错误.,(2)图乙为实验中打出纸带的一部分，从比较清晰的点迹起，在纸带上标出连续的5个计数点A、B、C、D、E，相邻两个计数点之间都有4个点迹未标出，测出各计数点到A点间的距离.已知所用电源的频率为50 Hz，打B点时小车的速度v_ m/s，小车的加速度a_ m/s2.,答案,解析,0.316,0.93,题眼,A、C的时间中点,分析,已知打点计时器电源频率为50 Hz
6、，则纸带上相邻计数点间的时间间隔为T50.02 s0.1 s 根据xaT2可得：xCExACa(2T)2， 小车运动的加速度为,(3)改变细线下端钩码的个数，得到aF图象如图丙所示，造成图线上端弯曲的原因可能是_.,答案,解析,随所挂钩码质量m的增大，不能满足Mm,随着力F的增大，即随所挂钩码质量m的增大，不能满足Mm，因此图线上部出现弯曲现象.,为什么向下弯曲？,极限思维：当m增大到无穷大时，a趋近于g.,1.(1)我们已经知道，物体的加速度a同时跟合外力F和质量M两个因素有关.要研究这三个物理量之间的定量关系，需采用的思想方法是_.,答案,控制变量法,(2)某同学的实验方案如图所示，她想用
7、砂桶的重力表示小车受到的合外力F，为了减少这种做法带来的实验误差，她先做了两方面的调整措施： a.用小木块将长木板无滑轮的一端 垫高，目的是_. b.使砂桶的质量远小于小车的质量， 目的是使拉小车的力近似等于 _.,平衡摩擦力,砂桶的重力,(3)该同学利用实验中打出的纸带求加速度时，处理方案有两种：两种方案中，选择方案_比较合理.,答案,B,2.为了“探究加速度与力、质量的关系”，现提供如图所示的实验装置： (1)以下实验操作正确的是 A.将木板不带滑轮的一端适当垫高，使小车在砝码及砝码盘的牵引下恰好做匀速运动 B.调节滑轮的高度，使细线与木板平行 C.先接通电源后释放小车 D.实验中小车的加
8、速度越大越好,答案,(2)在实验中，得到一条如图所示的纸带，已知相邻计数点间的时间间隔为T0.1 s，且间距x1、x2、x3、x4、x5、x6已量出分别为3.09 cm、3.43 cm、3.77 cm、4.10 cm、4.44 cm、4.77 cm，则小车的加速度a_ m/s2.(结果保留两位有效数字),0.34,答案,解析,(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aF图线，如图所示.图线_是在轨道倾斜情况下得到的(填“”或“”)；小车及车中砝码的总质量m_ kg.,由图线可知，当F0时，a0，也就是说
9、当细线上没有拉力时小车就有加速度，所以图线是轨道倾斜情况下得到的，根据Fma得aF图象的斜率k ，由aF图象得图象斜率k2，所以m0.5 kg.,答案,解析,0.5,命题点二 实验拓展创新,3,(2016全国23)某物理课外小组利用图(a)中的装置探究物体加速度与其所受合外力之间的关系.图中，置于实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，一端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N5个，每个质量均为0.010 kg.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 上适当厚度的小物块， 使小车(和钩码)可以在木板上匀速下滑. (2)
10、将n(依次取n1，2，3，4，5)个钩码挂在轻绳右端，其余Nn个钩码仍留在小车内；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图象，经数据处理后可得到相应的加速度a.,【例2】,(3)对应于不同的n的a值见下表.n2时的s-t图象如图所示；由图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.,因为小车做初速度为零的匀加速直线运动，将图中点(2，0.78)代入s at2可得，a0.39 m/s2.,0.39,答案,解析,(4)利用表中的数据在图中补齐数据点，并作出a-n图象.从图象可以看出：当物体质量一定时，物体的加速度与其
11、所受的合外力成正比.,根据描点法可得如图所示图线.,答案,见解析图,解析,(5)利用an图象求得小车(空载)的质量为_kg(保留2位有效数字，重力加速度取g9.8 ms2).,答案,解析,0.44,(6)若以“保持木板水平”来代替步骤(1)，下列说法正确的是_(填入正确选项前的标号) A.an图线不再是直线 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,解析,若保持木板水平，则小车运动中受到摩擦力的作用，n的数值相同的情况下，加速度a变小，直线的斜率变小.绳的拉力等于摩擦力时，小车才开始运动，图象不过原点，选项B正确.,利用图象处理数据的方法技巧 1.
12、利用图象处理实验数据是实验中最常用的方法，解决本题的基本对策是写出图象对应的函数，困难便迎刃而解. 2.画an图象时，所画直线要符合以下要求：让尽可能多的点落在直线上；不能落在直线上的点要均匀分布于直线的两侧；一定要利用直尺画线.,(2015新课标全国22)某同学用图(a)所示的实验装置测量物块与斜面之间的动摩擦因数.已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz，物块下滑过程中所得到的纸带的一部分如图(b)所示，图中标出了五个连续点之间的距离.,【例3】,(1)物块下滑时的加速度a_ m/s2，打C点时物块的速度v_ m/s；,答案,解析,根据纸带数据可知，,3.25,1.79,(2)已知重力加速
13、度大小为g，为求出动摩擦因数，还必须测量的物理量是_(填正确答案标号). A.物块的质量 B.斜面的高度 C.斜面的倾角,答案,解析,由牛顿第二定律得加速度agsin gcos ，所以要求出动摩擦因数，还必须测量的物理量是斜面的倾角.,3.在用DIS研究小车加速度与外力的关系时， 某实验小组先用如图(a)所示的实验装置， 重物通过滑轮用细线拉小车，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(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
14、力的关系 如图(b)所示.,(1)小车与轨道的滑动摩擦力Ff_ N.,答案,解析,根据图象可知，当F0.67 N时，小车开始有加速度，则Ff0.67 N，,0.67,(2)从图象中分析，小车包括位移传感器(发射器)的质量为_ kg.,答案,解析,0.67,(3)该实验小组为得到a与F成正比的关系，应将斜面的倾角调整到tan _.,答案,解析,为得到a与F成正比的关系，则应该平衡摩擦力，则有： Mgsin Mgcos 解得：tan ，所以tan 0.1.,0.1,4.如图所示，某同学设计了一个测量滑块与木板间的动摩擦因数的实验装置，装有定滑轮的长木板固定在水平实验台上，木板上有一滑块，滑块右端固
15、定一个动滑轮，钩码和弹簧测力计通过绕在滑轮上的轻绳相连，放开钩码，滑块在长木板上做匀加速直线运动.,(1)实验得到一条如图所示的纸带，相邻两计数点之间的时间间隔为0.1 s，由图中的数据可知，滑块运动的加速度大小是 m/s2.(计算结果保留两位有效数字),答案,解析,2.4,(2)读出弹簧测力计的示数F，处理纸带，得到滑块运动的加速度a；改变钩码个数，重复实验.以弹簧测力计的示数F为纵坐标，以加速度a为横坐标，得到的图象是纵轴截距为b的一条倾斜直线，如图所 示.已知滑块和动滑轮的总质量为m，重力加速度为g， 忽略滑轮与绳之间的摩擦.则滑块和木板之间的动摩擦因数 .,答案,解析,滑块受到的拉力FT为弹簧测力计示数的两倍，即：FT2F 滑块受到的摩擦力为：Ffmg 由牛顿第二定律可得：FTFfma,
