第16課時實驗四：探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系目標要求1.理解實驗的原理，明確實驗過程并能進行數(shù)據(jù)處理。2.了解實驗的注意事項，會對實驗進行誤差分析。3.能理解創(chuàng)新實驗的原理，并能運用相應(yīng)的公式、函數(shù)處理數(shù)據(jù)?？键c一實驗技能儲備1.實驗?zāi)康?1)學(xué)會用控制變量法研究物理量之間的關(guān)系。(2)探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系。(3)掌握利用圖像處理數(shù)據(jù)的方法。2.實驗原理(1)保持質(zhì)量不變，探究加速度與的關(guān)系。(2)保持合外力不變，探究加速度與的關(guān)系。(3)作出圖像和圖像，確定a與F、m的關(guān)系。3.實驗器材小車、槽碼、細繩、一端附有定滑輪的長木板、墊木、打點計時器、學(xué)生電源、導(dǎo)線、紙帶、天平、刻度尺、坐標紙等。4.實驗過程(1)測量：用天平測量槽碼的質(zhì)量m'和小車的質(zhì)量m。(2)安裝：按照如圖所示裝置把實驗器材安裝好，只是不把懸掛槽碼的細繩系在小車上(即不給小車)。(3)平衡阻力：在長木板不帶定滑輪的一端下面墊上墊木，使小車能下滑。(4)操作：①槽碼通過細繩繞過定滑輪系于小車上，先后，斷開電源，取下紙帶，編上號碼。②保持小車的質(zhì)量m不變，改變槽碼的質(zhì)量m'，重復(fù)步驟①。③在每條紙帶上選取一段比較理想的部分，計算加速度a。④描點作圖，作a－F圖像。⑤保持槽碼的質(zhì)量m'不變，改變小車質(zhì)量m，重復(fù)步驟①和③，作a－1m5.數(shù)據(jù)處理(1)利用逐差法或v－t圖像法求a。(2)以a為縱坐標，F(xiàn)為橫坐標，描點、畫線，如果該線為過原點的直線，說明a與F成正比。(3)以a為縱坐標，1m為橫坐標，描點、畫線，如果該線為過原點的直線，就能判定a與m6.注意事項(1)開始實驗前首先平衡阻力：適當(dāng)墊高木板不帶定滑輪的一端，使小車的重力沿斜面方向的分力正好平衡。在平衡阻力時，不要把懸掛槽碼的細繩系在小車上，讓小車拉著穿過打點計時器的紙帶勻速運動。(2)實驗過程中不用重復(fù)平衡阻力。(3)實驗必須保證的條件：。(4)一先一后一按：改變拉力或小車質(zhì)量后，每次開始時小車應(yīng)盡量靠近，并應(yīng)先，后，且應(yīng)在小車碰到滑輪前按住小車。7.誤差分析(1)實驗原理不完善：本實驗用槽碼的總重力代替小車的拉力，而實際上小車所受的拉力要小于槽碼的總重力。(2)平衡阻力不準確、質(zhì)量測量不準確、計數(shù)點間距離測量不準確、紙帶和細繩不嚴格與木板平行都會引起誤差。例1(2025·福建省福寧古五校期中聯(lián)考)用如圖甲所示的裝置探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系。(1)除了圖中所給器材以及交流電源和導(dǎo)線外，在下列器材中，還必須使用的兩種器材是(選填正確選項的字母)。A.秒表 B.天平(含砝碼)C.彈簧測力計 D.刻度尺(2)實驗前平衡阻力的做法是：把實驗器材安裝好，先不掛沙桶，將小車放在木板上，后面固定一條紙帶，紙帶穿過打點計時器。用墊塊把木板不帶滑輪一端墊高，接通打點計時器，讓小車以一定初速度沿木板向下運動，并不斷調(diào)節(jié)木板的傾斜度，直到小車拖動紙帶沿木板做運動。(3)為使沙桶和沙的總重力在數(shù)值上近似等于小車運動時受到的拉力，需滿足的條件是沙桶及沙的總質(zhì)量小車的總質(zhì)量。(選填“遠大于”“遠小于”或“近似等于”)

(4)實驗中打出的一條紙帶的一部分如圖乙所示。紙帶上標出了連續(xù)的3個計數(shù)點A、B、C，相鄰計數(shù)點之間還有4個點沒有標出。打點計時器接在頻率為50Hz的交流電源上。則打點計時器打B點時，小車的速度vB＝m/s。多測幾個點的速度作出v－t圖像，就可以算出小車的加速度。(5)為探究加速度和力的關(guān)系，要保證的總質(zhì)量不變，改變沙桶內(nèi)沙的質(zhì)量，重復(fù)做幾次實驗，通過實驗數(shù)據(jù)來研究加速度和力的關(guān)系。(6)在探究加速度與力的關(guān)系時，該同學(xué)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出的a－F圖像如圖丙所示，發(fā)現(xiàn)該圖線不通過坐標原點且BC段明顯偏離直線，分析其產(chǎn)生的原因，下列說法正確的是。A.不通過坐標原點可能是因為平衡阻力不足B.不通過坐標原點可能是因為平衡阻力過度C.圖線BC段彎曲可能是沙桶及沙的總質(zhì)量未滿足遠小于小車總質(zhì)量的條件D.圖線BC段彎曲可能是沙桶及沙的總質(zhì)量未滿足遠大于小車總質(zhì)量的條件(7)在探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系時，要保證沙和沙桶的質(zhì)量不變。若沙和沙桶的質(zhì)量m與小車的總質(zhì)量M間的關(guān)系不滿足第(3)問中的條件，且已正確平衡阻力，由實驗數(shù)據(jù)作出a－1M+m圖線，則圖線應(yīng)如圖中的所示(考點二探索創(chuàng)新實驗例2(2024·山東濰坊市模擬)如圖甲所示，某實驗小組利用驗證牛頓第二定律的實驗裝置測定物塊與木板之間的動摩擦因數(shù)，實驗裝置正確安裝后，調(diào)節(jié)木板及物塊右側(cè)兩段細繩水平。實驗開始時在沙桶中放入適量的細沙，物塊做加速運動，打出的紙帶如圖乙所示，已知所用交流電源的頻率為50Hz，重力加速度大小為g。(1)本實驗中，沙和沙桶的質(zhì)量(選填“需要”或“不需要”)遠小于物塊的質(zhì)量；(2)已讀出彈簧測力計的示數(shù)為F，為進一步測量動摩擦因數(shù)，下列物理量中還需測量的有；A.木板的長度L B.物塊的質(zhì)量mC.沙和沙桶的質(zhì)量M D.物塊的運動時間t(3)圖乙中給出了實驗中獲取的紙帶的一部分數(shù)據(jù)，0、1、2、3、4是計數(shù)點，每相鄰兩計數(shù)點間還有4個點(圖中未標出)，計數(shù)點間的距離如圖乙所示。則打下計數(shù)點2時物塊對應(yīng)的速度大小v＝m/s；本次實驗物塊對應(yīng)的加速度大小a＝m/s2(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)；(4)改變沙桶內(nèi)細沙的質(zhì)量，測量出對應(yīng)的加速度a和彈簧測力計的示數(shù)F。若用圖像法處理數(shù)據(jù)，得到了如圖丙所示的一條傾斜的直線，如果該圖線的橫軸截距等于b，斜率為k。則動摩擦因數(shù)μ＝(用題目中給的b、k、g表示)。例3做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗時，圖甲是教材中的實驗方案；圖乙是拓展方案，其實驗操作步驟如下：(ⅰ)掛上托盤和砝碼，改變木板的傾角，使質(zhì)量為M的小車拖著紙帶沿木板勻速下滑；(ⅱ)取下托盤和砝碼，測出其總質(zhì)量為m，讓小車沿木板下滑，測出加速度a；(ⅲ)改變砝碼質(zhì)量和木板傾角，多次測量，通過作圖可得到a－F的關(guān)系。(1)實驗獲得如圖丙所示的紙帶，計數(shù)點a、b、c、d、e、f間均有四個點未畫出，打點計時器所接電源頻率為50Hz，則在打d點時小車的速度大小vd＝m/s(保留兩位有效數(shù)字)；(2)需要滿足條件M?m的方案是(選填“甲”“乙”或“甲和乙”)；在作a－F圖像時，把mg作為F值的是(選填“甲”“乙”或“甲和乙”)。創(chuàng)新角度實驗舉例實驗器材創(chuàng)新位移傳感器，速度傳感器，拉力傳感器，氣墊導(dǎo)軌，光電門實驗原理創(chuàng)新掛上托盤和砝碼，改變木板的傾角，使質(zhì)量為M的小車拖著紙帶沿木板勻速下滑，取下托盤和砝碼，測出其總質(zhì)量為m，讓小車沿木板下滑，可知小車所受合力為mg。改變砝碼質(zhì)量，多次重復(fù)實驗探究加速度與物體受力關(guān)系。實驗?zāi)康膭?chuàng)新(1)先求出物塊的加速度a；(2)結(jié)合牛頓第二定律，由mg－μMg＝(M+m)a得出物塊與水平桌面間的動摩擦因數(shù)。

答案精析考點一2.(1)合外力(2)質(zhì)量(3)a－Fa－14.(2)牽引力(3)勻速(4)①接通電源放開小車6.(1)小車和紙帶受到的阻力(3)m?m'(4)打點計時器接通電源釋放小車例1(1)BD(2)勻速直線(3)遠小于(4)0.44(5)小車(6)AC(7)C解析(1)利用天平測量質(zhì)量，利用打點計時器可以計時，打出的紙帶需測量長度求加速度，所以需要天平和刻度尺，A、C錯誤，B、D正確。(2)補償阻力時應(yīng)使小車拖動紙帶在木板上做勻速直線運動。(3)為了使沙桶及沙的重力在數(shù)值上近似等于小車運動時受到的拉力，需要使沙桶及沙的總質(zhì)量遠小于小車的總質(zhì)量。(4)由某段時間中間時刻的瞬時速度等于該段時間運動過程的平均速度，可得vB＝AC2T＝0.44m/s。(5)探究加速度與力的關(guān)系時，需要保持小車的總質(zhì)量不變。(6)從題圖丙可以看出，圖像不過原點，即當(dāng)F為某一值時，但加速度卻為零，所以是未補償阻力或補償阻力不足，故A正確，B錯誤；隨著拉力F增大(即沙桶及沙的重力增大)，已經(jīng)不滿足沙桶及沙的總質(zhì)量遠小于小車總質(zhì)量的條件，造成BC段彎曲，故C正確，D錯誤。(7)在探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系時，由于補償了阻力，所以圖像過原點，且分別對小車和沙桶及沙受力分析，由牛頓第二定律可得mg－FT＝ma，F(xiàn)T＝Ma，聯(lián)立解得mg＝(M+m)a，整理得a＝mgM+m，因為保證了沙和沙桶的質(zhì)量不變，所以由實驗數(shù)據(jù)作出a－1例2(1)不需要(2)B(3)0.260.50(4)解析(2)設(shè)物塊的加速度為a，對物塊有2F－μmg＝ma，解得μ＝2F-mamg，加速度可以由打點紙帶求出，為進一步測量動摩擦因數(shù)，則還需要測量物塊的質(zhì)量(3)由題可知，T＝5×150s＝0.1s，打下計數(shù)點2時物塊對應(yīng)的速度大小v＝(2.40+2.88)×0.26m/s，本次實驗物塊對應(yīng)的加速度大小a＝x24(2.88+3.39-2.40-1.89)×10-24×0.12(4)由牛頓第二定律可得2F－μmg＝ma，即a＝2mF－μg，由題意可知2mb－μg＝0，2m＝k，解得μ例3(1)0.19(0.18也可)(2)甲甲和乙解析(1)由題意知小車做勻加速直線運動，故vd＝xce2T，將xce＝(36.10－32.40)cm＝3.70cm