第6讲 实验:探究加速度与物体受力、物体质量的关系 一、实验装置 二、实验器材 小车、槽码、细绳、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、学生电源、导线、纸带、天平(含砝码)、刻度尺、坐标纸等。 三、实验步骤 1.用天平测出小车的质量M,并把数值记录下来。 2.按实验装置图所示把实验器材安装好(小车上先不系细绳)。 3.平衡阻力:在长木板不带定滑轮的一端下面垫上垫木,移动垫木位置,启动打点计时器,直到轻推小车使小车在木板上运动时可保持匀速直线运动为止(纸带上相邻点间距相等),此时小车重力沿长木板方向的分力等于打点计时器对纸带的阻力、长木板的摩擦阻力及其他阻力之和。 4.把细绳绕过定滑轮系在小车上,另一端挂上槽码。保持小车质量不变,改变槽码的个数,以改变小车所受的拉力。处理纸带,测出加速度,将结果填入表1中。 表1 小车质量一定 拉力F/N 加速度a/(m·s-2) 5.保持槽码个数不变,即保持小车所受的拉力不变,在小车上增减砝码,以改变小车的质量,求出相应的加速度,把数据记录在表2中。 表2 小车所受的拉力一定 质量M/kg 加速度a/(m·s-2) 四、数据处理 1.探究加速度与力的关系 根据多组(F,a)数据作出aF图像,如图所示。若图像是一条过原点的直线,可判断a∝F。 2.探究加速度与质量的关系 根据多组(M,a)数据作出aM和a图像,如图所示。若a图像是一条过原点的直线,可判断a∝。 五、注意事项 1.开始实验前首先平衡阻力:适当垫高长木板不带定滑轮的一端,使小车的重力沿长木板方向的分力正好平衡小车和纸带受到的阻力之和。在平衡阻力时,不要把悬挂槽码的细绳系在小车上,让小车拉着穿过打点计时器的纸带匀速运动。 2.实验过程中不用重复平衡阻力。 3.实验必须保证的条件:M m。 4.一先一后一按:改变拉力或小车质量后,每次开始时小车应尽量靠近打点计时器,并应先接通电源,后释放小车,且应在小车到达滑轮前按住小车。 六、误差分析 1.探究加速度与力的关系 (1)图线①:图像解析式为a=·F,可见连接数据点和坐标系原点的直线斜率为。若M为定值,则随着m的增大,此斜率会减小 ,当m不再远小于M时,图线向下弯曲。 (2)图线②:F=0时,小车具有非零的加速度a,这说明平衡阻力过度。 (3)图线③:当F增大到某值时,小车才具有非零的加速度a,这说明平衡阻力不足或没有平衡阻力。 2.探究加速度与质量的关系 (1)图线①:图像解析式为a=·,可见连接数据点和坐标系原点的直线斜率为;若m为定值,则随着M的减小,此斜率会减小,当M不再远大于m时,图线向下弯曲。 (2)图线②:M无限增大时,小车具有非零的加速度a,这说明平衡阻力过度。 (3)图线③:当M减小到某值时,小车才具有非零的加速度a,这说明平衡阻力不足或没有平衡阻力。 考点一 基础性实验 [例1] 【实验原理与操作】 (2024·浙江1月选考卷,16)如图甲所示是“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置。 (1)该实验中同时研究三个物理量间关系是很困难的,因此我们采用的研究方法是 。 A.放大法 B.控制变量法 C.补偿法 (2)该实验过程中操作正确的是 。 A.补偿阻力时小车未连接纸带 B.先接通打点计时器电源,后释放小车 C.调节滑轮高度使细绳与水平桌面平行 (3)在小车质量 (选填“远大于”或“远小于”)槽码质量时,可以认为细绳拉力近似等于槽码的重力。上述做法引起的误差为 (选填“偶然误差”或“系统误差”)。为减小此误差,下列可行的方案是 。 A.用气垫导轨代替普通导轨,滑块代替小车 B.在小车上加装遮光条,用光电计时系统代替打点计时器 C.在小车与细绳之间加装力传感器,测出小车所受拉力大小 (4)经正确操作后获得一条如图乙所示的纸带,建立以计数点0为坐标原点的x轴,各计数点的位置坐标分别为0、x1、…、x6。已知打点计时器的打点周期为T,则打计数点5时小车速 ... ...
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