1、1实验 3 探究加速度与力、质量的关系 注意事项1.实验方法：控制变量法。2.平衡摩擦力：在平衡摩擦力时，不要悬挂小盘，但小车应连着纸带且接通电源。用手给小车一个初速度，如果在纸带上打出的点的间隔是均匀的，表明小车受到的阻力跟它的重力沿斜面向下的分力平衡。3.不重复平衡摩擦力：平衡了摩擦力后，不管以后是改变小盘和砝码的总质量还是改变小车和砝码的总质量，都不需要重新平衡摩擦力。4.实验条件： Mm。只有如此，小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力。5.一先一后一按住：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。6.作图：作
2、图时两轴标度比例要适当，各量须采用国际单位，这样作图线时，坐标点间距不至于过密，误差会小些。 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。热点一 教材原型实验2【例 1】 (201711 月浙江选考)在做“探究加速度与力、质量的关系”实验中，(1)下列仪器需要用到的是_(多选)。(2)下列说法正确的是_(多选)。A.先释放纸带再接通电源B.拉小车的细线应尽可能与长木板平行C.纸带与小车相连端的点迹较疏D.
3、轻推小车，拖着纸带的小车能够匀速下滑说明摩擦力已被平衡(3)如图 1所示是实验时打出的一条纸带， A、 B、 C、 D为每隔 4个点取的计数点，据此纸带可知小车在 D点的速度大小为_ m/s(小数点后保留两位)。图 1解析 (1)本实验通过打点计时器打出的纸带分布求物体的加速度，需要通过改变小车质量，用控制变量法研究加速度、质量、合外力之间的关系，所以选择仪器 A、D。(2)实验时应先接通电源，待打点计时器正常工作后，再释放小车，A 错误；为了保证绳子拉力沿木板方向，所以绳子要与木板平行，所以 B正确；小车释放前应尽量靠近打点计时器，以保证点足够多，便于分析小车加速度，开始运动时小车速度较慢，
4、点间距较小，选项 C错误；连纸带的小车匀速下滑时表示小车所受合外力为零，说明摩擦力已被平衡，选项 D正确。(3)根据 vD m/s0.21 m/s。xCE2T （ 6.50 2.40） 10 220.1答案 (1)AD (2)BD (3)0.21热点二 实验拓展创新1.实验器材的改进(1)气垫导轨(不用平衡摩擦力) 长木板(如图 2) 替 代 3图 2(2)利用光电门测速度(如图 3)图 3(3)利用位移传感器测位移(如图 4)图 42.数据测量的改进3.实验的拓展延伸以“探究加速度与力、质量的关系”为背景测量物块与木板间的动摩擦因数。【例 2】 在用 DIS研究小车加速度与外力的关系时，某实
5、验小组先用如图 5a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，得到加速度与外力的关系如图 b所示。4图 5（1）小车与轨道间的滑动摩擦力 Ff N。（2）从图象中分析，小车包括位移传感器（发射器）的质量为 kg。（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 。解析 （1）根据图象可知，当 F0.67 N 时，小车开始有加速度，则 Ff0.
6、67 N。（2）根据牛顿第二定律 a F ，则 a F图象的斜率表示小车包括位移传感F FfM 1M FfM器（发射器）质量的倒数，则M kg kg0.67 kg。1k 4.0 2.05.0 2.0 23（3）为得到 a与 F成正比的关系，则应该平衡摩擦力，则有：Mgsin Mg cos 解得 tan ，根据 Ff Mg 得 0.10.672310所以 tan 0.1。答案 （1）0.67 （2）0.67 （3）0.11.（201811 月浙江选考）在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，两个相同的小车放在光滑水平板上，前端各系一条细绳，绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘中可放重物。小车的
7、停和动通过用黑板擦按住小车后的细线和抬起来控制，如图 6甲所示。实验要求小盘和重物所受的重力近似等于使小车做匀加速直线运动的力。5图 6（1）请指出图乙中错误之处： _。（2）调整好实验装置后，在某次实验中测得两小车的位移分别是 x1和 x2，则两车的加速度之比为 。解析 细绳拉力方向应与桌面平行，以保证小车受到恒力的作用，从而加速度恒定，如果不平行，则随着小车的运动，小车水平方向的拉力会发生变化，同时根据题意“小盘和重物所受的重力近似等于使小车做匀加速直线运动的力”可知，只有当托盘和砝码的质量远小于小车质量时，才可以把小车受到的拉力认为近似等于托盘和砝码的重力。根据x at2可知，两车同时释
8、放，同时静止，加速度之比等于位移之比。12答案 （1）拉小车的细绳与木板没有平行 托盘和砝码的总质量没有远小于小车的质量 （2） x1： x22.（2018浙江诸暨牌头中学期中）在探究“加速度与力、质量的关系”的实验中，某同学将实验器材组装后，释放小车前瞬间的情景如图 7甲所示。 （甲图为实际拍摄图，乙图为相应简图）（1）在接通电源进行实验之前，请你指出图中的错误或不妥之处_，_，_。图 7（2）改正实验装置后，该同学顺利地完成了实验。图 8是他在实验中得到的一条纸带，图中相邻两计数点之间时间间隔为 0.1 s，由图中数据可得小车的加速度为 m/s 2。图 8解析 （1）打点计时器使用交流电源
9、；为了尽可能的利用纸带在释放前小车应紧靠打点计时器；在本实验中我们认为绳子的拉力等于物体所受的合外力，故在实验前要首先平衡摩6擦力。答案 （1）小车没有靠近打点计时器 没有平衡摩擦力 电源使用了直流电源 （2）0.40 m/s 23.某实验小组利用如图 9甲所示的装置进行“探究加速度与合外力的关系”的实验。（1）在实验中必须平衡摩擦力，以 平衡摩擦力，当小车 运动时，摩擦力恰好被平衡。（2）为了减小误差，在平衡摩擦力后，每次实验必须通过改变钩码的个数来改变小车所受合外力，获取多组数据。若小车质量为 400 g，实验中每次所用的钩码总质量范围应选 组会比较合理。 （填选项前的字母）A.1040
10、gB.200400 gC.1 0002 000 g（3）实验中打点计时器所使用的是 （选填“交流”或“直流” ）电源，频率为 50 Hz，图乙中给出的是实验中获取的纸带的一部分：1、2、3、4、5 是计数点，每相邻两计数点间还有 4个打点未标出，每两个计数点间的时间间隔是 s，由该纸带可求得小车的加速度 a m/s 2。 （结果保留 2位小数）（4）改变钩码的个数重复实验，得到加速度 a与合外力 F的关系如图丙所示，分析线段OA，可得出实验的结论是_。图 9答案 （1）倾斜木板 匀速直线 （2）A （3）交流 0.1 1.07 （4）在质量不变的条件下，物体的加速度与合外力成正比4.为了“探究
11、加速度与力、质量的关系” ，甲、乙、丙三位同学分别设计了如图 10所示的实验装置，小车总质量用 M表示（乙图中 M包括小车与传感器，丙图中 M包括小车和与小车固定的滑轮） ，钩码总质量用 m表示。7图 10（1）为便于测量合外力的大小，并得到小车总质量一定时，小车的加速度与所受合外力成正比的结论，下列说法正确的是（ ）A.三组实验中只有甲需要平衡摩擦力B.三组实验都需要平衡摩擦力C.三组实验中只有甲需要满足所挂钩码的总质量 m远小于小车的总质量 M的条件D.三组实验都需要满足所挂钩码的总质量 m远小于小车的总质量 M的条件（2）图丁是用图甲装置中打点计时器所打的纸带的一部分， O、 A、 B、
12、 C、 D和 E为纸带上六个计数点，加速度大小用 a表示。则 OD间的距离为 cm。图戊是根据实验数据绘出的 s t2图线（ s为各计数点至同一起点的距离） ，则加速度大小 a m/s 2（保留 3位有效数字） 。（3）若乙、丙两位同学发现某次测量中力传感器和弹簧测力计读数相同，通过计算得到小车加速度均为 a， g为当地重力加速度，则乙、丙两位同学实验时所用小车总质量之比为 。解析 （2）由于刻度尺最小刻度为 mm，则 OD12.0 mm1.20 cm；戊图中 s t2图线为过原点的直线，即 s t2，由 s at2可知，图线斜率 k a， a2 k20.467 12 12m/s20.934
13、m/s 2。8（3）由于图乙、丙中力传感器示数与弹簧测力计示数相同，则丙中小车拉力是乙中的 2倍，而小车加速度相同，由此可知乙、丙两位同学所用小车质量比为 12。答案 （1）BC （2）1.20 0.934（0.9320.935 均可） （3）125.（2018新高考选考终极适应卷）如图 11，为某同学设计的“探究加速度与物体所受合力 F及质量 m的关系”实验装置简图。图 11（1）本实验采用的实验方法是 。A.控制变量法 B.假设法C.理想实验法 D.等效替代法（2）在保持小车受力相同时，探究加速度与质量关系的实验中，以下说法正确的是 。A.平衡摩擦力时，应将装有砝码的小桶用细绳通过定滑轮系
14、在小车上 B.每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力C.实验时，先放开小车，再接通打点计时器电源 D.为得出加速度 a与与质量 m的关系而作出 a 图象1m（3）图 12是实验中获取的一条纸带的一部分，其中 O、 A、 B、 C、 D是计数点，每相邻两计数点间还有 4个点（图中未标出） ，计数点间的距离如图 13，由纸带求出小车打“ B”点时的速度 m/s，加速度的大小为 m/s 2。 （计算结果均保留 2位有效数字）图 12（4）如图 13所示是某同学在探究加速度与力的关系时，根据测量数据作出的 a F图线。其中图线不过原点的原因是 ，图线在末端弯曲的原因是_。9图 13解析 （1）本实
15、验采用的实验方法是控制变量法。（2）平衡摩擦力时，应不挂小桶，让小车拖着纸带在木板上做匀速运动，选项 A错误；每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力，选项 B正确；实验时要先接通电源后放小车，选项 C错误；因为 a 为正比关系，故为得出加速度 a与与质量 m的关系而作出 a1m图象，选项 D正确。1m（3）计数点间的时间间隔 T0.02 s50.1 s，打“ B”计数点时小车的速度大小为 v m/s0.54 m/s；小车的加速度 a AC2T （ 13.87 3.10） 10 220.1 CD BC AB OA4T2m/s21.5 m/s 2。0.215 3 0.007 72 0.007 7240.01（4）由图线可知，当力 F到达一定的值时才有加速度，故图线不过原点的原因是未平衡摩擦力或未完全平衡摩擦力；图线在末端弯曲的原因是未满足小车的质量远远大于小桶和砝码的总质量。答案 （1）A （2）BD （3）0.54 1.5 （4）未平衡摩擦力或未完全平衡摩擦 未满足小车的质量远远大于小桶和砝码的总质量
