知識點21：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系考點一：教材原型實驗【知識思維方法技巧】誤差的理解及特點：（1）系統(tǒng)誤差：由于儀器本身不精密、實驗方法粗略或?qū)嶒炘聿煌晟贫a(chǎn)生的誤差。系統(tǒng)誤差總是同樣偏大或偏小。系統(tǒng)誤差可以通過更新儀器、完善原理和精確實驗方法來減小。（2）偶然誤差：由各種偶然因素如測量、讀數(shù)不準確、作圖不規(guī)范造成的誤差．偶然誤差表現(xiàn)為重復(fù)做同一實驗時總是時大時?。既徽`差可用多次測量求平均值或作圖的方法來減小?！镜淅?提高題】用如圖甲所示裝置做“探究物體的加速度與力的關(guān)系”的實驗。實驗時保持小車的質(zhì)量不變，用鉤碼所受的重力作為小車受到的合力，用打點計時器和小車后端拖動的紙帶測出小車運動的加速度。(1)實驗時先不掛鉤碼，反復(fù)調(diào)整墊塊的左右位置，直到小車做勻速直線運動，這樣做的目的是________。(2)圖乙為實驗中打出的一條紙帶的一部分，從比較清晰的點跡起，在紙帶上標出了連續(xù)的5個計數(shù)點A、B、C、D、E，相鄰兩個計數(shù)點之間都有4個點跡沒有標出，測出各計數(shù)點到A點之間的距離，如圖所示。已知打點計時器接在頻率為50Hz的交流電源兩端，則此次實驗中小車運動的加速度的測量值a＝________m/s2。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(3)實驗時改變所掛鉤碼的質(zhì)量，分別測量小車在不同外力作用下的加速度。根據(jù)測得的多組數(shù)據(jù)畫出a-F關(guān)系圖像，如圖丙所示。此圖像的AB段明顯偏離直線，造成此現(xiàn)象的主要原因可能是________。(填選項字母)A．小車與平面軌道之間存在摩擦B．平面軌道傾斜角度過大C．所掛鉤碼的總質(zhì)量過大D．所用小車的質(zhì)量過大【典例1提高題對應(yīng)練習(xí)】某組同學(xué)設(shè)計了“探究加速度a與物體所受合力F及質(zhì)量m的關(guān)系”實驗。圖甲為實驗裝置簡圖，A為小車，B為電火花計時器，C為裝有細砂的小桶，D為一端帶有定滑輪的長方形木板，實驗中認為細繩對小車的拉力F等于細砂和小桶的總重力，小車運動的加速度a可用紙帶上打出的點求得。(1)圖乙為某次實驗得到的紙帶，已知實驗所用電源的頻率為50Hz。根據(jù)紙帶可求出電火花計時器打B點時的速度為________m/s，小車的加速度大小為________m/s2。(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)(2)在“探究加速度a與質(zhì)量m的關(guān)系”時，某同學(xué)按照自己的方案將實驗數(shù)據(jù)在坐標系中進行了標注，但尚未完成圖像(如圖丙所示)。請繼續(xù)幫助該同學(xué)作出坐標系中的圖像。(3)在“探究加速度a與合力F的關(guān)系”時，該同學(xué)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出了加速度a與合力F的圖線如圖丁，該圖線不通過坐標原點，試分析圖線不通過坐標原點的原因。________________________________________________________________________?？键c二：實驗器材的改進【知識思維方法技巧】實驗裝置實驗操作要求需要平衡摩擦力，改變鉤碼的質(zhì)量的過程中，要始終保證鉤碼的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量，此時細繩拉力近似等于鉤碼的總重力．需要平衡摩擦力，因傳感器可直接測出小車和傳感器受到的拉力，因此不需要保證砂和砂桶的質(zhì)量遠小于小車和傳感器的總質(zhì)量．氣墊導(dǎo)軌調(diào)整水平后，不必平衡摩擦力，傳感器可直接測出滑塊受到的拉力，故沒有必要滿足滑塊的質(zhì)量遠大于鉤碼和力傳感器的總質(zhì)量．需要平衡摩擦力，小車是在繩的拉力下加速運動，此拉力可由測力計示數(shù)獲得，對小車的拉力等于彈簧秤的示數(shù)F，不需要用重物的重力來代替，則不要求重物質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量．需要平衡摩擦力，拉力可以由拉力傳感器測出，對小車的拉力等于2F，不需要使砂桶(包括砂)的質(zhì)量遠小于車的總質(zhì)量.題型一：應(yīng)用牽引法進行探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系類型一：應(yīng)用牽引法+傳感器進行探究【典例1a提高題】在用DIS研究小車加速度與外力的關(guān)系時，某實驗小組先用如圖甲所示的實驗裝置，重物通過滑輪用細線拉小車，在小車和重物之間接一個不計質(zhì)量的微型力傳感器，位移傳感器(發(fā)射器)隨小車一起沿水平軌道運動，位移傳感器(接收器)固定在軌道一端，實驗中力傳感器的拉力為F，保持小車包括位移傳感器(發(fā)射器)的質(zhì)量不變，改變重物重力重復(fù)實驗若干次，得到加速度與外力的關(guān)系如圖乙所示．以下實驗數(shù)據(jù)處理均保留小數(shù)點后兩位．(1)小車與軌道間的滑動摩擦力Ff＝________N.(2)從圖像中分析，小車包括位移傳感器(發(fā)射器)的質(zhì)量為________kg.(3)該實驗小組為得到a與F成正比的關(guān)系，應(yīng)將軌道的________(選填“左端”或“右端”)抬高形成一個斜面，理論上該斜面傾角θ應(yīng)調(diào)整到tanθ＝________.(4)該實驗中________(選填“需要”或“不需要”)滿足重物質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量的條件．【典例1a提高題對應(yīng)練習(xí)】實驗小組用如圖甲所示器材探究加速度與外力的關(guān)系．水平桌面上放有相同的兩輛小車，兩輛小車左右兩端各系一條細繩，左端的細繩都繞過定滑輪并各掛一個質(zhì)量不同的鉤碼．用黑板擦把兩輛小車右端的細線按在桌面上，使小車靜止．實驗前，通過墊高桌子右端的方式來補償阻力．實驗時抬起黑板擦，兩輛小車同時由靜止開始運動，按下黑板擦，兩輛小車同時停下，用刻度尺測出兩輛小車通過的位移．(1)本實驗將鉤碼的重力當(dāng)作小車受到的外力，應(yīng)使鉤碼的質(zhì)量________(選填“遠大于”“遠小于”或“等于”)小車質(zhì)量；若小車所受外力的計算存在誤差，則此類誤差屬于________(選填“系統(tǒng)”或“偶然”)誤差．(2)經(jīng)過測量，兩輛小車通過的位移分別為x1、x2，兩鉤碼的質(zhì)量分別為m1、m2，只要滿足關(guān)系式___________________，就可驗證小車的加速度與其所受外力成正比．(3)為了使實驗結(jié)果更加精確，某同學(xué)利用拉力傳感器和速度傳感器來做實驗，如圖乙所示，在長木板上相距為L的A、B兩點各安裝一個速度傳感器，分別記錄小車到達A、B兩點時的速率，實驗中使用的小車及拉力傳感器總質(zhì)量約為200g，每個鉤碼的質(zhì)量約為50g.主要實驗步驟如下：①調(diào)整長木板的傾斜角度，補償小車受到的阻力；②由靜止釋放小車，讀出拉力傳感器的讀數(shù)F，讓小車依次經(jīng)過位于A、B兩點的速度傳感器，記錄速度vA和vB，并計算出小車的加速度a′；③增加鉤碼數(shù)量；④重復(fù)步驟②③，得到多組數(shù)據(jù)，并作出a′-F圖像，步驟②中小車的加速度a′＝________(請用題中符號表示)；根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出的a′-F圖像最接近________．類型二：應(yīng)用牽引法+打點計時器+傳感器進行探究【典例1b提高題】實驗創(chuàng)新體現(xiàn)了學(xué)生駕馭知識的能力，為此某同學(xué)利用如圖甲所示的裝置探究加速度與合外力的關(guān)系。小車質(zhì)量為M，砂桶和砂的總質(zhì)量為m，通過改變m來改變小車所受的合外力大小，小車的加速度a可由打點計時器和紙帶測出。現(xiàn)保持小車質(zhì)量M不變，逐漸增大砂桶和砂的總質(zhì)量m進行多次實驗，得到多組a、F值(F為彈簧測力計的示數(shù))。（1）圖為上述實驗中打下的一條紙帶，A點為小車剛釋放時打下的起始點，每兩點間還有四個計時點未畫出，打點計時器的頻率為50Hz，則小車的加速度為________m/s2。(保留1位有效數(shù)字)（2）根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出了如圖乙所示的一條過坐標原點的傾斜直線，其中縱軸為小車的加速度大小，橫軸應(yīng)為________。(選填字母代號)A．eq\f(1,M)B．eq\f(1,m)C．mg D．F（3）砂桶和砂的總質(zhì)量較大導(dǎo)致a較大時，關(guān)于乙圖的說法，正確的是________。(選填字母代號)A．圖線逐漸偏向縱軸B．圖線逐漸偏向橫軸C．圖線仍保持原方向不變D．均有可能類型三：應(yīng)用牽引法+光電門++傳感器+氣墊導(dǎo)軌進行探究【典例1c提高題】某同學(xué)用如圖甲所示的實驗裝置探究加速度與力的關(guān)系。他在氣墊導(dǎo)軌旁安裝了一個光電門B，滑塊上固定一遮光條，滑塊用細線繞過氣墊導(dǎo)軌左端的定滑輪與力傳感器相連，力傳感器可直接測出細線中拉力大小，傳感器下方懸掛鉤碼。改變鉤碼數(shù)量，每次都從A處由靜止釋放滑塊。已知滑塊(含遮光條)總質(zhì)量為M，導(dǎo)軌上遮光條位置到光電門位置的距離為L。請回答下面相關(guān)問題。（1）如圖乙，實驗時用游標卡尺測得遮光條的寬度為d＝________cm。某次實驗中，由數(shù)字毫秒計記錄遮光條通過光電門的時間為t,由力傳感器記錄對應(yīng)的細線拉力大小為F，則滑塊運動的加速度大小a應(yīng)表示為______(用題干已知物理量和測得物理量字母表示)。（2）下列實驗要求中不必要的是________。A．應(yīng)使滑塊質(zhì)量遠大于鉤碼和力傳感器的總質(zhì)量B．應(yīng)使遮光條位置與光電門間的距離適當(dāng)大些C．應(yīng)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)節(jié)至水平D．應(yīng)使細線與氣墊導(dǎo)軌平行題型二：應(yīng)用自滑法進行探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系類型一：應(yīng)用自滑法+光電門+氣墊導(dǎo)軌進行探究【典例2a提高題】某實驗小組利用如圖所示的實驗裝置來探究合力一定時，物體的加速度與質(zhì)量之間的關(guān)系。（1）做實驗時，將滑塊從如圖所示位置由靜止釋放，由數(shù)字計時器(圖中未畫出)可讀出遮光條通過光電門1、2的時間(遮光條的遮光時間)分別為Δt1、Δt2，用刻度尺測得兩個光電門中心之間的距離為x，遮光條寬度為d。則滑塊經(jīng)過光電門1時的速度表達式v1＝__________________，經(jīng)過光電門2時的速度表達式為v2＝___________________，滑塊加速度的表達式為a＝_______________________。(以上表達式均用已知字母表示)（2）為了保持滑塊所受的合力不變，可改變滑塊質(zhì)量M和氣墊導(dǎo)軌右端高度h。關(guān)于“改變滑塊質(zhì)量M和氣墊導(dǎo)軌右端高度h”的正確操作方法是__________________。A．M增大時，h增大，以保持二者乘積增大B．M增大時，h減小，以保持二者乘積不變C．M減小時，h增大，以保持二者乘積不變D．M減小時，h減小，以保持二者乘積減小類型二：應(yīng)用自滑法+傳感器+氣墊導(dǎo)軌進行探究【典例2b提高題】某實驗小組利用圖(a)所示裝置探究加速度與物體所受合外力的關(guān)系．主要實驗步驟如下：（1）用游標卡尺測量墊塊厚度h，示數(shù)如圖(b)所示，h＝________cm；（2）接通氣泵，將滑塊輕放