1、探究加速度与力、质量的关系 实验必备实验必备 自主学习自主学习一、实验目的一、实验目的1.1.探究加速度与力、质量的关系。探究加速度与力、质量的关系。2.2.学会学会用用_探究物理规律。探究物理规律。二、实验器材二、实验器材带定滑轮的木板、薄垫块、小车、细绳、天平、槽码、带定滑轮的木板、薄垫块、小车、细绳、天平、槽码、_、纸带、纸带、_、刻度尺。、刻度尺。控制变量法控制变量法打点计时器打点计时器交变电流交变电流【思考思考讨论讨论】薄垫块有什么用处薄垫块有什么用处? ?提示提示: :用来平衡摩擦力。用来平衡摩擦力。三、实验原理与设计三、实验原理与设计1.1.实验的基本思想实验的基本思想控制变量法
2、。控制变量法。(1)(1)变量的控制要求变量的控制要求: :在物理实验中在物理实验中, ,要注意控制实验过程中的不同变量。要注意控制实验过程中的不同变量。(2)(2)设计思路设计思路: :若讨论加速度与受力的若讨论加速度与受力的关系关系, ,应控制应控制_不变。不变。若讨论加速度与物体质量的关系若讨论加速度与物体质量的关系, ,应控制应控制_不变不变。(3)(3)实验思想的拓展实验思想的拓展: :这种控制一些物理量不变这种控制一些物理量不变, ,先分别研究待测量与其中一个物理量的关系先分别研究待测量与其中一个物理量的关系, ,再综合再综合解决问题的控制变量法解决问题的控制变量法, ,被广泛应用
3、于科学研究中。被广泛应用于科学研究中。质量质量受力受力2.2.实验原理实验原理: :(1)(1)保持小车质量保持小车质量m m不变不变: :通过通过_的方式改变作用于小车的力的方式改变作用于小车的力F,F,测出小车相应的加速度测出小车相应的加速度a,a,则可得则可得a a与与F F的关系。的关系。(2)(2)保持拉力保持拉力F F不变不变: :通过通过_的方式的方式改变小车的质量改变小车的质量m,m,测出相应的加速度测出相应的加速度a,a,则可得则可得a a与与m m的关系。的关系。增减槽码增减槽码在小车上增减砝码在小车上增减砝码【思考思考讨论讨论】控制变量法是物理学中非常常用的实验方法控制变
4、量法是物理学中非常常用的实验方法, ,回忆一下初中物理实验中有哪些回忆一下初中物理实验中有哪些实验使用了控制变量法实验使用了控制变量法? ?举出一例即可。举出一例即可。提示提示: :探究影响滑动摩擦力大小的因素探究影响滑动摩擦力大小的因素; ;探究电流与电压、电阻的关系等。探究电流与电压、电阻的关系等。3.3.实验设计实验设计三个物理量的测量方法。三个物理量的测量方法。(1)(1)拉力的测量拉力的测量: :平衡小车所受阻力。平衡小车所受阻力。a.a.将木板一端垫高将木板一端垫高; ;b.b.使小车不挂重物时使小车不挂重物时能能_;_;c.c.这种情况下这种情况下, ,小车重力沿斜面的分力恰好抵
5、消其所受摩擦力及其他阻力。小车重力沿斜面的分力恰好抵消其所受摩擦力及其他阻力。使小车所受拉力等于槽码的重力。使小车所受拉力等于槽码的重力。只有所挂槽码的质量远小于小车的质量时只有所挂槽码的质量远小于小车的质量时, ,才可以近似认为槽码的重力等于对才可以近似认为槽码的重力等于对小车的拉力小车的拉力, ,即即FmgFmg。匀速运动匀速运动(2)(2)研究对象质量的测量研究对象质量的测量: :利用天平利用天平测出测出_。为了改变小车质量为了改变小车质量, ,可在小车中可在小车中_。(3)(3)加速度的测量加速度的测量: :原理原理: :放在长木板上的小车在拉力的作用下做匀加速直线运动放在长木板上的小
6、车在拉力的作用下做匀加速直线运动, ,即即x=_x=_。应用刻度尺测量应用刻度尺测量_。利用利用_法计算对应法计算对应的加速度大小。的加速度大小。小车的质量小车的质量增减砝码增减砝码aTaT2 2计数点之间的距离计数点之间的距离逐差逐差 实验过程实验过程 探究学习探究学习【实验步骤实验步骤】 1.1.安装实验器材安装实验器材: :将小车置于带有定滑轮的木板上将小车置于带有定滑轮的木板上, ,将纸带穿过打点计时器后挂在小车尾部。将纸带穿过打点计时器后挂在小车尾部。2.2.平衡摩擦力平衡摩擦力: :用薄垫块将木板一端垫高用薄垫块将木板一端垫高, ,调整其倾斜程度调整其倾斜程度, ,直到小车运动时打
7、点计时器在纸带直到小车运动时打点计时器在纸带上打出的点分布均匀为止。上打出的点分布均匀为止。3.3.悬挂槽码悬挂槽码: :在细线一端挂上槽码在细线一端挂上槽码, ,另一端通过定滑轮系在小车前端。另一端通过定滑轮系在小车前端。4.4.收集纸带数据收集纸带数据: :将小车靠近打点计时器后开启打点计时器将小车靠近打点计时器后开启打点计时器, ,并让小车由静止释放。打点计时器并让小车由静止释放。打点计时器在纸带上打出一系列点在纸带上打出一系列点, ,据此计算出小车的加速度。据此计算出小车的加速度。5.5.改变小车受力改变小车受力: :(1)(1)保持小车的质量不变保持小车的质量不变, ,通过增加槽码的
8、数量通过增加槽码的数量, ,增加槽码的总质量增加槽码的总质量( (总质量仍远总质量仍远小于小车质量小于小车质量) )。(2)(2)重复步骤重复步骤4,4,多做几次实验多做几次实验, ,并记录好相应纸带的编号及所挂槽码的总重力并记录好相应纸带的编号及所挂槽码的总重力m m2 2g g、m m3 3gg6.6.改变小车质量改变小车质量: :(1)(1)保持槽码保持槽码( (小车所受的拉力小车所受的拉力) )不变不变, ,通过增加或减少小车上的砝码的方式通过增加或减少小车上的砝码的方式, ,改改变小车的质量变小车的质量, ,接通电源后放开小车接通电源后放开小车, ,用纸带记录小车的运动情况。取下纸带
9、用纸带记录小车的运动情况。取下纸带, ,并在纸带上标上号码及小车和砝码的总质量并在纸带上标上号码及小车和砝码的总质量M M1 1。(2)(2)继续在小车上增加砝码继续在小车上增加砝码, ,重复步骤重复步骤6(1),6(1),多做几次实验多做几次实验, ,在每次实验得到的纸在每次实验得到的纸带上标上号码及小车和砝码的总质量带上标上号码及小车和砝码的总质量M M2 2、M M3 37.7.求加速度求加速度: :用公式用公式a=a= , ,求得小车的加速度求得小车的加速度a,a,将得到的数据填入相应表格中将得到的数据填入相应表格中, ,以便进行以便进行数据处理。数据处理。2xT【思考思考讨论讨论】(
10、1)(1)实验过程中哪些操作是为了保证小车所受合外力等于槽码的重力实验过程中哪些操作是为了保证小车所受合外力等于槽码的重力? ?提示提示: :平衡摩擦力平衡摩擦力; ;使细线与长木板平行使细线与长木板平行; ;槽码的质量远小于小车的质量。槽码的质量远小于小车的质量。(2)(2)如何证明平衡摩擦力已经完成如何证明平衡摩擦力已经完成? ?提示提示: :在不挂重物时轻推小车在不挂重物时轻推小车, ,小车运动时打点计时器在纸带上打出的点分布均小车运动时打点计时器在纸带上打出的点分布均匀匀, ,则说明摩擦力已经与重力的分力平衡。则说明摩擦力已经与重力的分力平衡。 【数据收集与分析数据收集与分析】 1.1
11、.列列F F、a a数据收集表数据收集表: :把小车在不同力作用下产生的加速度填在表中把小车在不同力作用下产生的加速度填在表中: :实验序号实验序号1 12 23 34 45 5F/NF/Na/ma/ms s-2-22.2.作作a-Fa-F图像的方法图像的方法: :以以a a为纵坐标、为纵坐标、F F为横坐标为横坐标, ,根据数据作根据数据作a-Fa-F图像图像, ,用曲线拟合测量点用曲线拟合测量点, ,找出规律找出规律, ,分析分析a a与与F F的关系。的关系。3.3.列列M M、a a收集表格收集表格: :把不同质量的小车把不同质量的小车( (小车和砝码小车和砝码) )在相同力的作用下产
12、生的加速度填在表中在相同力的作用下产生的加速度填在表中: :物理量物理量1 12 23 34 45 5M/kgM/kg /kg/kg-1-1a/ma/ms s-2-21M4.4.作作a-a- 图像的方法图像的方法: :分别以分别以a a为纵坐标、为纵坐标、M M和和 为横坐标为横坐标, ,根据数据作根据数据作a-Ma-M图像和图像和a-a- 图像图像, ,分析分析a a与与M M的关系。的关系。 1M1M1M5.5.实验结论实验结论: :(1)(1)对同一物体对同一物体, ,当当M M不变时不变时, ,物体的加速度物体的加速度a a与所受力与所受力F F成正比。成正比。(2)(2)对不同物体对
13、不同物体, ,当当F F不变时不变时, ,物体的加速度物体的加速度a a与质量与质量M M成反比。成反比。【思考思考讨论讨论】为什么在研究加速度与质量的关系时为什么在研究加速度与质量的关系时, ,不作不作a-Ma-M图像图像, ,而是作而是作a-a- 图像图像? ?提示提示: :作作a-Ma-M关系图像关系图像, ,得到的是曲线得到的是曲线, ,很难确定两者的关系很难确定两者的关系; ;改作改作a- a- 关系关系图像可得到一条过原点的倾斜直线图像可得到一条过原点的倾斜直线, ,两者关系明确。两者关系明确。1M1M 【误差分析误差分析】 1.1.图像不过原点图像不过原点: :实验中作出的实验中
14、作出的a-Fa-F图像有时不过原点图像有时不过原点, ,如图所示。如图所示。造成这种现象的主要原因是平衡摩擦力不够造成这种现象的主要原因是平衡摩擦力不够( (或过度或过度) )。图甲的情况说明还没有。图甲的情况说明还没有挂槽码便已经出现了加速度挂槽码便已经出现了加速度, ,原因是平衡摩擦力过度原因是平衡摩擦力过度, ,长木板倾角过大长木板倾角过大; ;图乙的图乙的情况说明拉力比较小时物体没有运动情况说明拉力比较小时物体没有运动, ,原因是没有平衡摩擦力或摩擦力平衡不原因是没有平衡摩擦力或摩擦力平衡不足。足。2.2.图像弯曲图像弯曲: :实验中作出的实验中作出的a-Fa-F图像有时不是直线图像有
15、时不是直线, ,如图所示。如图所示。造成这种现象的原因是未满足槽码的质量远小造成这种现象的原因是未满足槽码的质量远小于小车的质量于小车的质量(m(mM)M)。实验中用槽码的重力代。实验中用槽码的重力代替小车受到的拉力替小车受到的拉力, ,然而实际上由于槽码也要加然而实际上由于槽码也要加速运动速运动, ,所以绳上的拉力要小于槽码的重力。槽码质量越大所以绳上的拉力要小于槽码的重力。槽码质量越大, ,则加速越快则加速越快, ,拉力拉力与重力的差值也越大与重力的差值也越大, ,实验误差越明显实验误差越明显, ,并逐渐出现图像弯曲现象。并逐渐出现图像弯曲现象。3.3.偶然误差偶然误差: :(1)(1)质
16、量的测量误差。质量的测量误差。(2)(2)纸带上打点计时器打点间隔距离的测量误差。纸带上打点计时器打点间隔距离的测量误差。(3)(3)拉线或纸带不与木板平行会造成误差。拉线或纸带不与木板平行会造成误差。(4)(4)作图不准确造成误差。作图不准确造成误差。 实验研析实验研析 创新学习创新学习类型一教材原型实验类型一教材原型实验角度角度1 1 实验原理和实验操作实验原理和实验操作【典例典例1 1】某同学用如图甲所示的装置进行某同学用如图甲所示的装置进行“探究加速度与质量的关系探究加速度与质量的关系”实验实验: :(1)(1)下列说法中正确的是下列说法中正确的是( () )A.A.实验时实验时, ,
17、先接通打点计时器的电源先接通打点计时器的电源, ,再放开小车再放开小车B.B.平衡摩擦力时应将沙桶用细线通过定滑轮系在小车上平衡摩擦力时应将沙桶用细线通过定滑轮系在小车上C.C.改变小车质量再次进行实验时改变小车质量再次进行实验时, ,需要重新平衡摩擦力需要重新平衡摩擦力D.D.小车运动的加速度可由牛顿第二定律直接求出小车运动的加速度可由牛顿第二定律直接求出(2)(2)通过在小车里增减砝码改变质量通过在小车里增减砝码改变质量, ,某同学实验得到如图乙所示的实验图线某同学实验得到如图乙所示的实验图线, ,其中横坐标其中横坐标m m表示小车里砝码的质量表示小车里砝码的质量, ,设图线的斜率为设图线
18、的斜率为k,k,在纵轴上的截距为在纵轴上的截距为b,b,若若沙和沙桶总质量远小于小车质量且牛顿运动定律成立沙和沙桶总质量远小于小车质量且牛顿运动定律成立, ,则沙和沙桶的重力为则沙和沙桶的重力为_,_,小车的质量为小车的质量为_。【解析解析】(1)(1)使用打点计时器时均应先接通电源使用打点计时器时均应先接通电源, ,待打点稳定后再放开小车待打点稳定后再放开小车,A,A对对; ;平衡摩擦力时应去掉细线和沙桶平衡摩擦力时应去掉细线和沙桶, ,轻推小车使小车能匀速运动即可轻推小车使小车能匀速运动即可,B,B错错; ;实验过实验过程中程中, ,只需平衡一次摩擦力只需平衡一次摩擦力, ,改变小车质量再
19、次进行实验时改变小车质量再次进行实验时, ,不需要重新平衡摩不需要重新平衡摩擦力擦力,C,C错错; ;在本实验中在本实验中, ,小车运动的加速度只能由纸带数据求得小车运动的加速度只能由纸带数据求得,D,D错。错。(2)(2)令小车质量为令小车质量为M,M,受到的合外力为受到的合外力为F,F,由牛顿第二定律知由牛顿第二定律知F=(m+M)a,F=(m+M)a,即有即有 , ,所以所以 -m-m图线的斜率图线的斜率k= ,k= ,即沙和沙桶的重力提供的合外即沙和沙桶的重力提供的合外力力F= ,F= ,纵轴截距纵轴截距b= =kM,b= =kM,即即M= M= 。答案答案: :(1)A(1)A(2)
20、 (2) 1mMaFF1a1k1FMFbk1kbk角度角度2 2 实验数据的处理和实验数据的处理和误差分析误差分析【典例典例2 2】“探究加速度与力、质量的关系探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图甲所示。的实验装置如图甲所示。(1)(1)当小车当小车( (包括车中砝码包括车中砝码) )的质量的质量M M与砝码及砝码盘的质量与砝码及砝码盘的质量m m的大小关系满足的大小关系满足_时时, ,才可以认为绳对小车的拉力大小近似等于砝码盘及砝码盘中砝码才可以认为绳对小车的拉力大小近似等于砝码盘及砝码盘中砝码的重力。的重力。(2)(2)在平衡小车与长木板之间摩擦力的过程中在平衡小车与长木板之间摩擦力
21、的过程中, ,打出了一条纸带如图乙所示。打打出了一条纸带如图乙所示。打点计时器打点的时间间隔为点计时器打点的时间间隔为0.02 s0.02 s。从比较清晰的点起。从比较清晰的点起, ,每每5 5个点取一个计数点个点取一个计数点, ,量出相邻计数点之间的距离。该小车的加速度大小量出相邻计数点之间的距离。该小车的加速度大小a=_m/sa=_m/s2 2。( (结果保留结果保留两位有效数字两位有效数字)(3)(3)如图丙是甲、乙两同学根据实验数据画出的图像。如图丙是甲、乙两同学根据实验数据画出的图像。两同学的图像都不过原点两同学的图像都不过原点, ,试分析可能的原因试分析可能的原因甲甲:_;:_;乙
22、乙:_:_。【解析解析】(1)(1)探究加速度与力、质量的关系的实验中探究加速度与力、质量的关系的实验中, ,要保证要保证m mM,M,才能保证绳才能保证绳子的拉力近似等于砝码盘及砝码盘中砝码的重力。子的拉力近似等于砝码盘及砝码盘中砝码的重力。(2)(2)计数点时间间隔计数点时间间隔T=0.1 s,T=0.1 s,间距间距x x1 1=3.52 cm,x=3.52 cm,x2 2=3.68 cm,x=3.68 cm,x3 3=3.83 cm=3.83 cm。因因x x2 2-x-x1 1=a=a1 1T T2 2,x,x3 3-x-x2 2=a=a2 2T T2 2,a= ,a= ,得得a=
23、0.16 m/sa= 0.16 m/s2 2。(3)(3)图线甲图线甲,F=0,F=0时时, ,小车就有了加速度小车就有了加速度, ,可见是长木板倾角过大可见是长木板倾角过大, ,平衡摩擦力过平衡摩擦力过度。图线乙度。图线乙, ,有了拉力时有了拉力时, ,加速度仍为加速度仍为0,0,说明未平衡摩擦力或长木板倾角过小。说明未平衡摩擦力或长木板倾角过小。答案答案: :(1)m(1)mM M(2)0.16(2)0.16(3)(3)长木板倾角过大长木板倾角过大, ,平衡摩擦力过度未平衡掉摩擦力或长木板倾角过小平衡摩擦力过度未平衡掉摩擦力或长木板倾角过小12a +a2312xx2T类型二创新型实验类型二
24、创新型实验【典例典例3 3】某实验小组用如图所示的实验装置探究加速度与力、质量的关系某实验小组用如图所示的实验装置探究加速度与力、质量的关系, ,重重物通过滑轮用细线拉着小车物通过滑轮用细线拉着小车, ,在小车和重物之间接一个不计质量的微型力传感在小车和重物之间接一个不计质量的微型力传感器器, ,位移传感器位移传感器( (发射器发射器) )随小车一起沿水平轨道运动随小车一起沿水平轨道运动, ,位移传感器位移传感器( (接收器接收器) )固定固定在轨道一端在轨道一端, ,实验中力传感器的拉力为实验中力传感器的拉力为F,F,保持小车保持小车( (包括位移传感器包括位移传感器) )的质量不的质量不变
25、变, ,改变重物重力重复实验若干次改变重物重力重复实验若干次, ,得到加速度与外力的关系。得到加速度与外力的关系。(1)(1)关于实验操作关于实验操作, ,下列说法正确的是下列说法正确的是_(_(选填序号选填序号) )。A.A.实验前应调节滑轮高度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使滑轮和小车间的细线与木板平行B.B.平衡摩擦力时平衡摩擦力时, ,在细线的下端悬挂重物在细线的下端悬挂重物, ,使小车在线的拉力作用下能匀速运动使小车在线的拉力作用下能匀速运动C.C.每次改变小车所受的拉力后都要重新平衡摩擦力每次改变小车所受的拉力后都要重新平衡摩擦力D.D.实验应满足重物的质
26、量远小于小车的质量实验应满足重物的质量远小于小车的质量(2)(2)同学甲根据某次实验中位移传感器的实验数据作出小车运动的同学甲根据某次实验中位移传感器的实验数据作出小车运动的x-tx-t2 2 图像如图像如图所示图所示, ,根据图像可知小车运动的加速度大小为根据图像可知小车运动的加速度大小为_m/s_m/s2 2; ;比较发现此加速比较发现此加速度小于力传感器拉力度小于力传感器拉力F F与小车与小车 包括位移传感器包括位移传感器( (发射器发射器)的质量的比值的质量的比值, ,原因可原因可能是能是_。【解析解析】(1)(1)实验前应调节滑轮高度实验前应调节滑轮高度, ,使滑轮和小车间的细线与木
27、板平行使滑轮和小车间的细线与木板平行, ,故故A A正正确。平衡摩擦力时确。平衡摩擦力时, ,不用悬挂重物不用悬挂重物, ,故故B B错误。每次改变小车所受的拉力后不需错误。每次改变小车所受的拉力后不需要重新平衡摩擦力要重新平衡摩擦力, ,故故C C错误。力传感器可以直接得到拉力的大小错误。力传感器可以直接得到拉力的大小, ,所以重物的所以重物的质量没有必要远小于小车的质量质量没有必要远小于小车的质量, ,故故D D错误。错误。(2)(2)根据根据x= atx= at2 2可知在可知在x-tx-t2 2图像中斜率表示图像中斜率表示 a, a= m/sa, a= m/s2 2=2.0 m/s=2
28、.0 m/s2 2, ,解得解得a=4.0 m/sa=4.0 m/s2 2。此加速度小于力传感器拉力此加速度小于力传感器拉力F F与小车与小车 包括位移传感器包括位移传感器( (发射器发射器)的质量的比值的质量的比值, ,原因可能是没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不足。原因可能是没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不足。答案答案: :(1)A(1)A(2)4.0(2)4.0没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不足没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不足1212121.00.50.25【创新评价创新评价】创新角度创新角度创新措施创新措施加速度求解方法创加速度求解方法创新新利用位移传感器利用位移传感器, ,记录小车速度记录小
29、车速度, ,用用v-tv-t图像求加速度图像求加速度拉力测量手段的创拉力测量手段的创新新将用槽码重力近似代替小车拉力将用槽码重力近似代替小车拉力, ,改进为力传感器直接显示改进为力传感器直接显示数据处理方法的创数据处理方法的创新新将用坐标纸作图将用坐标纸作图, ,改进为通过数据改进为通过数据采集器输入计算机采集器输入计算机, ,显示屏直接显显示屏直接显示示【创新探究创新探究】(1)(1)使用位移传感器和拉力传感器的优点是什么使用位移传感器和拉力传感器的优点是什么? ?提示提示: :通过位移传感器和拉力传感器可以直接从计算机中得到数据通过位移传感器和拉力传感器可以直接从计算机中得到数据, ,不用
30、再通过不用再通过测得的一些数据进行计算了。节省时间测得的一些数据进行计算了。节省时间, ,效率比较高效率比较高, ,精确度也比较高。精确度也比较高。(2)(2)使用传感器后是否就不存在误差了使用传感器后是否就不存在误差了? ?提示提示: :依然存在误差依然存在误差, ,误差只能减小误差只能减小, ,不可能全部消除掉。不可能全部消除掉。课堂检测课堂检测素养达标素养达标1.(1.(多选多选) )在在“探究加速度与力、质量的关系探究加速度与力、质量的关系”的实验中的实验中, ,关于平衡摩擦力的说法中正确的是关于平衡摩擦力的说法中正确的是( () )A.“A.“平衡摩擦力平衡摩擦力”的本质就是想法让小
31、车受到的摩擦力为零的本质就是想法让小车受到的摩擦力为零B.“B.“平衡摩擦力平衡摩擦力”的本质就是使小车所受重力的一个分力与小车所受的摩擦阻的本质就是使小车所受重力的一个分力与小车所受的摩擦阻力相平衡力相平衡C.“C.“平衡摩擦力平衡摩擦力”应在小车被砝码盘拉动的过程中进行应在小车被砝码盘拉动的过程中进行D.“D.“平衡摩擦力平衡摩擦力”是否成功是否成功, ,可由小车拖动的纸带上的点迹间距是否均匀确定可由小车拖动的纸带上的点迹间距是否均匀确定【解析解析】选选B B、D D。在小车的运动过程中摩擦阻力总是存在的。在小车的运动过程中摩擦阻力总是存在的, ,无法使之为零无法使之为零,A,A错误错误;
32、 ;平衡摩擦力的本质就是让小车所受重力的一个分力与摩擦阻力平衡平衡摩擦力的本质就是让小车所受重力的一个分力与摩擦阻力平衡,B,B正正确确; ;平衡摩擦力时不挂小盘平衡摩擦力时不挂小盘, ,让小车拖动纸带自由运动让小车拖动纸带自由运动, ,调整长木板的倾角调整长木板的倾角, ,直至直至所打纸带上的点迹间距均匀为止所打纸带上的点迹间距均匀为止,C,C错误错误,D,D正确。正确。2.2.在保持质量不变在保持质量不变, ,探究加速度与物体受力之间的关系的实验中探究加速度与物体受力之间的关系的实验中, ,小车质量小车质量M M和和提供拉力的砝码质量提供拉力的砝码质量m m分别选取下列四组值分别选取下列四
33、组值: :A.M=500 g,mA.M=500 g,m分别为分别为50 g50 g、70 g70 g、100 g100 g、125 g125 gB.M=500 g,mB.M=500 g,m分别为分别为20 g20 g、30 g30 g、40 g40 g、50 g50 gC.M=200 g,mC.M=200 g,m分别为分别为50 g50 g、75 g75 g、100 g100 g、125 g125 gD.M=200 g,mD.M=200 g,m分别为分别为30 g30 g、40 g40 g、50 g50 g、60 g60 g(1)(1)如果其他操作都正确如果其他操作都正确, ,那么在选用那么在
34、选用_组值进行实验时所画出的组值进行实验时所画出的图线较准确。图线较准确。(2)(2)在选用此组值时在选用此组值时,m,m取取_时实验误差较大。时实验误差较大。【解析解析】(1)B(1)B组中数据组中数据, ,最容易满足小车质量最容易满足小车质量M M远大于砝码质量远大于砝码质量m m的条件。的条件。(2)50 g(2)50 g与其他三个数值比较而言与其他三个数值比较而言, ,不是最满足不是最满足M Mm,m,所以所以m m取取50 g50 g时实验误差较时实验误差较大。大。答案答案: :(1)B(1)B(2)50 g(2)50 g3.(20203.(2020扬州高一检测扬州高一检测) )在在
35、“探究加速度与力、质量的关系探究加速度与力、质量的关系”的实验中的实验中, ,渗透渗透了研究问题的多种科学方法了研究问题的多种科学方法: :(1)(1)实验环境的等效法实验环境的等效法:_:_。(2)(2)实验条件设计的科学方法实验条件设计的科学方法:_:_。(3)(3)实验原理的简化实验原理的简化:_,:_,即当小车质量即当小车质量M M车车m m砂砂时时, ,细绳对小车细绳对小车的拉力大小近似等于砂及桶的总重力的拉力大小近似等于砂及桶的总重力m m砂砂g g。(4)(4)实验数据处理的科学方法实验数据处理的科学方法:_:_。(5)(5)由由a -Ma -M车车图像转化为图像转化为a -a
36、- 图像图像, ,所用的科学方法所用的科学方法:_:_。( (以上各题均选填以上各题均选填“理想实验法理想实验法”“”“图像法图像法”“”“平衡摩擦力法平衡摩擦力法”“”“化曲为直法化曲为直法”“控制变量法控制变量法”或或“近似法近似法”) )1M车【解析解析】(1)(1)由于小车运动受到摩擦阻力由于小车运动受到摩擦阻力, ,所以要进行平衡摩擦力所以要进行平衡摩擦力, ,以减小实验以减小实验误差误差, ,称为平衡摩擦力法。称为平衡摩擦力法。(2)(2)在探究加速度与力、质量的关系时在探究加速度与力、质量的关系时, ,先保持其中一个量不变先保持其中一个量不变, ,来探究其他两来探究其他两个量之间
37、的关系个量之间的关系, ,称为控制变量法。称为控制变量法。(3)(3)当小车质量当小车质量M M车车m m砂砂时时, ,细绳对小车的拉力大小近似等于砂及桶的总重力细绳对小车的拉力大小近似等于砂及桶的总重力 m m砂砂g,g,称为近似法。称为近似法。(4)(4)通过图像研究实验的结果通过图像研究实验的结果, ,称为图像法。称为图像法。(5)(5)在作图时在作图时, ,由由a -Ma -M车车图像转化为图像转化为a - a - 图像图像, ,使图线由曲线转化为直线使图线由曲线转化为直线, ,称为化曲为直法。称为化曲为直法。1M车答案答案: :(1)(1)平衡摩擦力法平衡摩擦力法(2)(2)控制变量
38、法控制变量法(3)(3)近似法近似法(4)(4)图像法图像法(5)(5)化曲为直法化曲为直法4.4.为了探究质量一定时加速度与力的关系为了探究质量一定时加速度与力的关系, ,一同学设计了如图所示的实验装置。一同学设计了如图所示的实验装置。其中其中M M为带滑轮的小车的质量为带滑轮的小车的质量,m,m为砂和砂桶的质量。为砂和砂桶的质量。( (滑轮质量不计滑轮质量不计) )(1)(1)实验时实验时, ,一定要进行的操作是一定要进行的操作是_。A.A.用天平测出砂和砂桶的质量用天平测出砂和砂桶的质量B.B.将带滑轮的长木板右端垫高将带滑轮的长木板右端垫高, ,以平衡摩擦力以平衡摩擦力C.C.小车靠近
39、打点计时器小车靠近打点计时器, ,先接通电源先接通电源, ,再释放小车再释放小车, ,打出一条纸带打出一条纸带, ,同时记录弹簧同时记录弹簧测力计的示数测力计的示数D.D.改变砂和砂桶的质量改变砂和砂桶的质量, ,打出几条纸带打出几条纸带E.E.为减小误差为减小误差, ,实验中一定要保证砂和砂桶的质量实验中一定要保证砂和砂桶的质量m m远小于小车的质量远小于小车的质量M M(2)(2)该同学在实验中得到如图所示的一条纸带该同学在实验中得到如图所示的一条纸带( (两相邻计数点间还有两个点没有两相邻计数点间还有两个点没有画出画出),),已知打点计时器采用的是频率为已知打点计时器采用的是频率为50
40、Hz50 Hz的交流电的交流电, ,根据纸带可求出小车的根据纸带可求出小车的加速度为加速度为_ m/s_ m/s2 2( (结果保留两位有效数字结果保留两位有效数字) )。【解析解析】(1)(1)由实验原理图可以看出由实验原理图可以看出, ,由弹簧测力计的示数可得到小车所受的合由弹簧测力计的示数可得到小车所受的合外力的大小外力的大小, ,故不需要测砂和砂桶的质量故不需要测砂和砂桶的质量, ,也不需要保证砂和砂桶的质量也不需要保证砂和砂桶的质量m m远小远小于小车的质量于小车的质量M,AM,A、E E错误错误; ;为保证绳上拉力提供合外力为保证绳上拉力提供合外力, ,必须平衡摩擦力必须平衡摩擦力
41、,B,B正确正确; ;小车应靠近打点计时器小车应靠近打点计时器, ,先接通电源先接通电源, ,再释放小车再释放小车, ,同时读出弹簧测力计的示同时读出弹簧测力计的示数数,C,C正确正确; ;为了多测几组数据为了多测几组数据, ,需改变砂和砂桶的质量多做几次实验需改变砂和砂桶的质量多做几次实验,D,D正确。正确。(2)(2)由逐差法可得由逐差法可得: :小车的加速度小车的加速度a= ,a= ,将将T= T= 3 s=0.06 s3 s=0.06 s代入代入, ,可得可得a1.3 m/sa1.3 m/s2 2。答案答案: :(1)B(1)B、C C、D D(2)1.3(2)1.3340145125
42、6232XX +XX +XX9T150【加固训练加固训练】如图甲所示为如图甲所示为“用用DIS(DIS(位移传感器、数据采集器、计算机位移传感器、数据采集器、计算机) )研究加速度和研究加速度和力的关系力的关系”的实验装置。的实验装置。(1)(1)在该实验中必须采用控制变量法在该实验中必须采用控制变量法, ,应保持应保持_不变不变, ,用钩码所受的重力用钩码所受的重力大小作为大小作为_,_,用用DISDIS测小车的加速度。测小车的加速度。(2)(2)改变所挂钩码的数量改变所挂钩码的数量, ,多次重复测量。在某次实验中根据测得的多组数据可多次重复测量。在某次实验中根据测得的多组数据可画出画出a-
43、Fa-F关系图线关系图线( (如图乙所示如图乙所示) )。分析此图线。分析此图线OAOA段可得出的实验结论是段可得出的实验结论是_。(3)(3)此图线的此图线的ABAB段明显偏离直线段明显偏离直线, ,造成此误差的主要原因是造成此误差的主要原因是( () )A.A.小车与轨道之间存在摩擦小车与轨道之间存在摩擦B.B.导轨保持了水平状态导轨保持了水平状态C.C.所挂钩码的总质量太大所挂钩码的总质量太大D.D.所用小车的质量太大所用小车的质量太大【解析解析】(1)(1)采用控制变量法采用控制变量法, ,应保持小车的总质量不变应保持小车的总质量不变, ,用钩码所受重力大小用钩码所受重力大小作为小车所
44、受外力。作为小车所受外力。(2)(2)从图乙可以看出从图乙可以看出a-Fa-F关系图线基本上是一条过原点的直线关系图线基本上是一条过原点的直线, ,所以可以得出在所以可以得出在质量不变的条件下质量不变的条件下, ,加速度与外力成正比。加速度与外力成正比。(3)(3)本次实验的条件是所挂钩码的总质量应远小于小车的总质量本次实验的条件是所挂钩码的总质量应远小于小车的总质量, ,否则不能用钩否则不能用钩码所受的重力作为小车受到的拉力。此图线的码所受的重力作为小车受到的拉力。此图线的ABAB段明显偏离直线说明所挂钩码段明显偏离直线说明所挂钩码的总质量太大。的总质量太大。答案答案: :(1)(1)小车的总质量小车所受外力小车的总质量小车所受外力(2)(2)在质量不变的条件下在质量不变的条件下, ,加速度与外力成正比加速度与外力成正比(3)C(3)C
