2實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系第四章運(yùn)動和力的關(guān)系1.學(xué)會用控制變量法探究物理規(guī)律.2.會測量加速度、力和質(zhì)量，能作出物體運(yùn)動的a－F、a－

圖像.3.能通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及圖像得出加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系.【學(xué)習(xí)目標(biāo)】【內(nèi)容索引】明確原理提煉方法精析典題提升能力課時(shí)對點(diǎn)練MINGQUEYUANLI

TILIANFANGFA明確原理提煉方法1一、實(shí)驗(yàn)思路——控制變量法1.探究加速度與力的關(guān)系保持小車

不變，通過改變

改變小車所受的拉力，測得不同拉力下小車運(yùn)動的加速度，分析加速度與

的變化情況，找出二者之間的定量關(guān)系.2.探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系保持小車所受的

不變，通過在小車上

改變小車的質(zhì)量，測得不同質(zhì)量的小車在這個(gè)拉力下運(yùn)動的加速度，分析加速度與

的變化情況，找出二者之間的定量關(guān)系.質(zhì)量槽碼的個(gè)數(shù)拉力拉力增加重物質(zhì)量二、物理量的測量1.質(zhì)量的測量：用

測量.在小車中

的數(shù)量可改變小車的質(zhì)量.2.加速度的測量(1)方法1：讓小車做初速度為0的勻加速直線運(yùn)動，用

測量小車移動的位移x，用

測量發(fā)生這段位移所用的時(shí)間t，然后由a＝

計(jì)算出加速度a.(2)方法2：由紙帶根據(jù)公式Δx＝aT2結(jié)合逐差法計(jì)算出小車的加速度.(3)方法3：不直接測量加速度的具體數(shù)值，求不同情況下物體加速度的比值，例如：讓兩個(gè)做初速度為0的勻加速直線運(yùn)動的物體的運(yùn)動時(shí)間t相等，測出各自的位移x1、x2，則

，把加速度的測量轉(zhuǎn)換成

的測量.天平增減砝碼刻度尺秒表位移3.力的測量在阻力得到補(bǔ)償?shù)那闆r下，小車受到的

等于小車所受的合力.(1)在槽碼的質(zhì)量比小車的質(zhì)量

時(shí)，可認(rèn)為小車所受的拉力近似等于

.(2)使用力傳感器可以直接測量拉力的大小，不需要使槽碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量.三、實(shí)驗(yàn)器材小車、砝碼、槽碼、細(xì)線、一端附有定滑輪的長木板、墊木、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、

、紙帶、

、

.拉力小得多槽碼所受的重力交流電源刻度尺天平四、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)(以參考案例1為例)1.用

測出小車的質(zhì)量m，并把數(shù)值記錄下來.2.按如圖1所示的裝置把實(shí)驗(yàn)器材安裝好(小車上先不系細(xì)線).天平圖13.補(bǔ)償阻力：在長木板不帶定滑輪的一端下面墊上墊木，反復(fù)移動墊木位置，啟動打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，直到輕推小車使小車在木板上運(yùn)動時(shí)可保持

運(yùn)動為止(紙帶上相鄰點(diǎn)間距相等)，此時(shí)小車重力沿木板方向的分力等于打點(diǎn)計(jì)時(shí)器對小車的阻力和長木板的摩擦阻力及其他阻力之和.勻速直線4.把細(xì)線繞過定滑輪系在小車上，另一端掛上槽碼.保持小車質(zhì)量不變，改變槽碼的個(gè)數(shù)，以改變小車所受的拉力.處理紙帶，測出加速度，將結(jié)果填入表1中.表1小車質(zhì)量一定拉力F/N

加速度a/(m·s－2)

5.保持槽碼個(gè)數(shù)不變，即保持小車所受的拉力不變，在小車上加放砝碼，重復(fù)上面的實(shí)驗(yàn)，求出相應(yīng)的加速度，把數(shù)據(jù)記錄在表2中.表2小車所受的拉力一定質(zhì)量m/kg

加速度a/(m·s－2)

五、數(shù)據(jù)分析1.分析加速度a與力F的定量關(guān)系由表1中記錄的數(shù)據(jù)，以加速度a為縱坐標(biāo)，力F為橫坐標(biāo)，根據(jù)測量數(shù)據(jù)描點(diǎn)，然后作出a－F圖像，如圖2所示，若圖像是一條

，就能說明a與F成正比.過原點(diǎn)的傾斜直線圖22.分析加速度a與質(zhì)量m的定量關(guān)系正比反比圖33.實(shí)驗(yàn)結(jié)論(1)保持物體質(zhì)量不變時(shí)，物體的加速度a與所受拉力F成

.(2)保持拉力F不變時(shí)，物體的加速度a與質(zhì)量m成

.正比反比六、注意事項(xiàng)1.打點(diǎn)前小車應(yīng)

打點(diǎn)計(jì)時(shí)器且應(yīng)先

后

.2.在補(bǔ)償阻力時(shí)，

(選填“要”或“不要”)懸掛槽碼，但小車應(yīng)連著紙帶且啟動打點(diǎn)計(jì)時(shí)器.用手輕輕地給小車一個(gè)初速度，如果在紙帶上打出的點(diǎn)的間隔

，表明小車受到的阻力跟它受到的重力沿木板向下的分力平衡.3.改變槽碼的質(zhì)量的過程中，要始終保證槽碼的質(zhì)量

小車的質(zhì)量.4.作圖時(shí)應(yīng)使所作的

通過盡可能多的點(diǎn)，不在直線上的點(diǎn)也要盡可能地均勻分布在直線的兩側(cè)，個(gè)別偏離較遠(yuǎn)的點(diǎn)應(yīng)舍去.返回靠近啟動打點(diǎn)計(jì)時(shí)器放開小車不要均勻遠(yuǎn)小于直線JINGXIDIANTI

TISHENGNENGLI精析典題提升能力2一、實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)操作例1

在研究作用力F一定時(shí)，小車的加速度a與小車(含砝碼)質(zhì)量M的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)安裝的實(shí)驗(yàn)裝置和設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)步驟如下：A.用天平稱出小車和槽碼的質(zhì)量B.按圖4安裝好實(shí)驗(yàn)器材C.把細(xì)繩系在小車上并繞過定滑

輪懸掛槽碼D.將電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在6V電壓的蓄電池上，接通電源，釋放小車，打

點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列點(diǎn)，并在紙帶上標(biāo)明小車質(zhì)量圖4E.保持槽碼的質(zhì)量不變，增加小車上的砝碼個(gè)數(shù)，并記錄每次增加后的

M值，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)F.分析每條紙帶，測量并計(jì)算出加速度的值G.作a－M關(guān)系圖像，并由圖像確定a與M的關(guān)系(1)請改正實(shí)驗(yàn)裝置圖中的錯誤.①電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器位置_________；②小車位置___________________；③滑輪位置___________________.應(yīng)靠右端應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)使細(xì)繩平行于木板解析①電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)固定在長木板無滑輪的一端，且應(yīng)靠近右端；②釋放小車時(shí)，小車應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器；③連接小車的細(xì)繩應(yīng)平行于木板，故應(yīng)調(diào)節(jié)滑輪位置使細(xì)繩平行于木板.(2)該同學(xué)漏掉的重要實(shí)驗(yàn)步驟是_________，該步驟應(yīng)排在步驟______之后.解析實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)補(bǔ)償阻力，使小車所受重力沿木板方向的分力與小車所受阻力平衡，故應(yīng)墊高長木板右端以補(bǔ)償阻力.實(shí)驗(yàn)中把槽碼的重力看成與小車所受拉力大小相等，沒有考慮阻力，故必須補(bǔ)償阻力且應(yīng)排在步驟B之后.補(bǔ)償阻力B(3)在上述步驟中，有錯誤的是步驟______，應(yīng)把________________改為_______________.解析步驟D中電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在6V電壓的蓄電池上將無法工作，必須接在8V的交流電源上.D6V電壓的蓄電池8V的交流電源(4)在上述步驟中，處理不恰當(dāng)?shù)氖遣襟E______，應(yīng)把________________改為_________________.G作a－M關(guān)系圖像例2

某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)“探究加速度a與物體所受合力F及物體質(zhì)量m的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)，圖5所示為實(shí)驗(yàn)裝置簡圖(交流電源的頻率為50Hz).圖5二、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理(1)圖6所示為某次實(shí)驗(yàn)得到的紙帶，根據(jù)紙帶可求出小車的加速度大小為______m/s2.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)3.2圖6解析在連續(xù)相等的時(shí)間間隔內(nèi)，從紙帶上可得到四段位移，因此可以用逐差法計(jì)算加速度.已知x1＝6.19cm，x2＝6.70cm，x3＝7.21cm，x4＝7.72cm，由逐差法可得x3－x1＝2a1·(2T)2，x4－x2＝2a2·(2T)2序號12345678小車加速度a/(m·s－2)1.901.721.491.251.000.750.500.30小車質(zhì)量m/kg0.250.290.330.400.500.711.001.67/kg－14.003.453.032.502.001.411.000.60(2)保持沙和沙桶的質(zhì)量不變，改變小車質(zhì)量m，分別得到小車加速度a與質(zhì)量m及對應(yīng)的

，數(shù)據(jù)如下表.請?jiān)趫D7甲所示的坐標(biāo)紙中畫出a－

圖線，由圖線可得小車的加速度a與質(zhì)量的倒數(shù)

之間的關(guān)系式為____________.圖7答案見解析圖(3)保持小車的質(zhì)量不變，改變沙和沙桶的質(zhì)量，該同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出了加速度a隨合力F變化的圖線，如圖乙所示.該圖線不通過原點(diǎn)，其主要原因是____________________________________.實(shí)驗(yàn)前沒有補(bǔ)償阻力或者補(bǔ)償阻力不足解析由a－F圖線可知，F(xiàn)增大到某一值時(shí)小車開始有加速度，說明實(shí)驗(yàn)前沒有補(bǔ)償阻力或者補(bǔ)償阻力不足.三、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)例3

為了探究加速度與力的關(guān)系，使用如圖8所示的氣墊導(dǎo)軌裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其中G1、G2為兩個(gè)光電門，它們與數(shù)字計(jì)時(shí)器相連，當(dāng)滑塊通過G1、G2光電門時(shí)，光束被遮擋的時(shí)間Δt1、Δt2都可以被測量并記錄，滑塊連同上面固定的一條形擋光片的總質(zhì)量為M，擋光片寬度為D，兩光電門間的距離為x，牽引槽碼的質(zhì)量為m，回答下列問題：圖8(1)實(shí)驗(yàn)開始前應(yīng)先調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌下面的螺釘，使氣墊導(dǎo)軌水平，在不增加其他儀器的情況下，如何判定調(diào)節(jié)是否到位？______________________________________________________________.見解析解析取下牽引槽碼，滑塊放在任意位置都不動；或取下牽引槽碼，輕推滑塊，數(shù)字計(jì)時(shí)器記錄的兩個(gè)光電門的光束被遮擋的時(shí)間相等.(2)若取M＝0.4kg，改變m的值，進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，以下m的取值不合適的一個(gè)是________.A.m1＝5g B.m2＝15gC.m3＝40g D.m4＝400gD解析在探究加速度與力的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)槽碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊連同上面固定的擋光片的總質(zhì)量時(shí)，才能近似認(rèn)為槽碼受到的重力等于滑塊受到的拉力，故D不合適.(3)在此實(shí)驗(yàn)中，需要測得每一個(gè)牽引力對應(yīng)的加速度，求得的加速度a的表達(dá)式為________________.(用Δt1、Δt2、D、x表示)返回KESHIDUIDIANLIAN課時(shí)對點(diǎn)練31.在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，下列說法正確的是________.A.在補(bǔ)償阻力時(shí)，應(yīng)將槽碼通過定滑輪用細(xì)繩拴在小車上B.連接槽碼和小車的細(xì)繩應(yīng)與長木板平行C.補(bǔ)償阻力后，長木板的位置不能移動，每次改變小車質(zhì)量時(shí)，應(yīng)重新

補(bǔ)償阻力D.小車釋放前應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，且應(yīng)先接通電源，再釋放小車1234BD解析在補(bǔ)償阻力時(shí)，應(yīng)將細(xì)繩從小車上拿去，墊高長木板遠(yuǎn)離滑輪的一端，讓小車的重力沿木板方向的分力與小車受到的阻力平衡，故A錯誤；若連接槽碼和小車的細(xì)繩與長木板不保持平行，則繩子拉力的一個(gè)分力等于小車所受的外力，這樣導(dǎo)致誤差增大，故B正確；補(bǔ)償阻力后長木板的位置不能移動，但每次改變小車的質(zhì)量時(shí)，小車的重力沿木板方向的分力和小車受到的阻力仍能抵消，不需要重新補(bǔ)償阻力，故C錯誤；1234實(shí)驗(yàn)時(shí)，若先放開小車，再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源，由于小車運(yùn)動較快，可能會使打出來的點(diǎn)很少，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理，而且剛接通電源時(shí)打點(diǎn)不穩(wěn)定，因此要求小車釋放前應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，且應(yīng)先接通電源，再釋放小車，故D正確.123412342.如圖1所示的實(shí)驗(yàn)中，通過位移的測量來代替加速度的測量，即

，用這種替代成立的操作要求是________.A.實(shí)驗(yàn)前必須先補(bǔ)償阻力B.必須保證兩小車的運(yùn)動時(shí)間相等C.兩小車都必須從靜止開始做勻加

速直線運(yùn)動D.小車所受的水平拉力大小可以認(rèn)

為是砝碼(包括小盤)的重力大小圖1BC3.(2021·江蘇省五校聯(lián)考)在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)裝置如圖2甲所示.圖2(1)實(shí)驗(yàn)過程中，電火花計(jì)時(shí)器應(yīng)接在________(選填“直流”或“交流”)電源上.交流解析根據(jù)電火花計(jì)時(shí)器的工作原理可知，電火花計(jì)時(shí)器應(yīng)接在交流電源上.1234(2)實(shí)驗(yàn)中平衡小車所受阻力的做法是：在不掛細(xì)繩和鉤碼的情況下，改變木板的傾斜程度，使小車能拖動紙帶沿木板做___________運(yùn)動.勻速直線解析實(shí)驗(yàn)中平衡小車所受阻力的做法是：在不掛細(xì)繩和鉤碼的情況下，改變木板的傾斜程度，使小車能拖動紙帶沿木板做勻速直線運(yùn)動.1234(3)在探究加速度與質(zhì)量關(guān)系實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)小組通過改變小車質(zhì)量做了多組實(shí)驗(yàn)，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過計(jì)算分析數(shù)據(jù)后，得出的結(jié)論是在合外力不變的情況下，物體運(yùn)解析通過計(jì)算分析數(shù)據(jù)后，得出的結(jié)論是在合外力不變的情況下，物體運(yùn)動的加速度跟物體的質(zhì)量成反比，如果想通過圖像法直觀的確認(rèn)自己的結(jié)論，須保證圖像為傾斜直線，故建立a－

坐標(biāo)系.動的加速度跟物體的質(zhì)量成反比，如果想通過圖像法直觀的確認(rèn)自己的結(jié)論，須建立________(填a－m或a－

)坐標(biāo)系.1234(4)圖乙是實(shí)驗(yàn)中打出的一條紙帶，在紙帶上每隔4個(gè)點(diǎn)取1個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，得到O、A、B、C、D幾個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn).測得OB＝3.40cm，OD＝8.40cm，已知電源頻率為50Hz，則打B點(diǎn)時(shí)小車的速度為________m/s，小車的加速度大小為________m/s2(計(jì)算結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字).0.2112340.40解析每隔4個(gè)點(diǎn)取1個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，則時(shí)間間隔：T＝0.02×5s＝0.1s12344.在探究加速度與物體所受合外力和質(zhì)量間的關(guān)系時(shí)，采用如圖3所示的實(shí)驗(yàn)裝置，小車及車中的砝碼的總質(zhì)量用M表示，盤及盤中的砝碼的總質(zhì)量用m表示，小車的加速度可由小車后拖動的紙帶上打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的點(diǎn)計(jì)算