第5讲 探究加速度与物体受力、物体质量的关系(重点实验) 一、实验知能/系统归纳 一、理清原理与操作 原理装置图 探究方法———控制变量法 操作要领 (1)平衡:把木板的一侧垫高,平衡小车受到的阻力(改变小车或槽码质量,无需重新平衡阻力)。 (2)质量:槽码的质量远小于小车质量(若使用力传感器,或以小车与槽码的系统为研究对象,无需满足此要求)。 (3)要测量的物理量 ①小车与其上钩码的总质量(用天平测量)。 ②小车受到的拉力(约等于槽码的重力)。 ③小车的加速度(根据纸带用逐差法或根据光电门数据计算加速度)。 (4)其他:细绳与长木板平行;小车从靠近打点计时器的位置释放;在到达定滑轮前按住小车;实验时先接通电源,后释放小车。 二、掌握数据处理方法 1.逐差法求加速度 先在纸带上标明计数点,测量各计数点间的距离,根据逐差法计算各条纸带对应的加速度。 2.作图像找关系 (1)探究加速度与力的关系 以加速度a为纵轴、F为横轴,根据测量的数据描点,然后作出a F图像,看图像是否是通过原点的倾斜直线,就能判断a与F是否成正比。 (2)探究加速度与质量的关系 以a为纵轴、M为横轴,根据各组数据在坐标系中描点,将会得到如图甲所示的一条曲线,由图线只能看出M增大时a减小,不能得出a与M的具体关系。若以a为纵轴、为横轴,将会得到如图乙所示的一条过原点的倾斜直线,就能判断a与M成反比。 三、注意实验细节 1.平衡阻力的方法:在长木板无滑轮的一端垫上小木块,使其适当倾斜,利用小车重力沿斜面方向的分力与阻力平衡。 2.判断小车是否做匀速直线运动,可通过打点纸带,看上面各点间的距离是否均匀。 3.平衡阻力时要注意以下两点: (1)平衡阻力时不能在细绳的另一端挂槽码。 (2)平衡阻力时必须让小车连上纸带,且让打点计时器处于工作状态。 四、做好误差分析 1.偶然误差 (1)小车、槽码质量的测量。 (2)纸带上各计数点间距的测量。 2.系统误差 (1)平衡阻力不足或者过度。 (2)用槽码的重力替代细绳的拉力。 二、实验关键/重点解读 本实验是高考命题的常考实验,实验命题除考查利用纸带求速度、加速度的大小外,还考查小车阻力的平衡、小车所受合力等于槽码重力应满足的条件、a F图像和a 图像的特点等,试题难度中等。 关键点(一) 是否需要平衡阻力 [题点训练] 1.(2025·山东青岛模拟)小明利用如图甲所示的实验装置探究加速度与力的关系,滑块放在长木板上,长木板置于水平桌面上,砂桶通过滑轮与细线拉滑块,在细线上接有一个微型力传感器,通过力传感器可以直接读出细线的拉力大小F。保持滑块质量不变,在砂桶中添加少量细砂来改变力传感器的示数F,利用打点计时器打出的纸带求出对应拉力F时的加速度a,从而得到如图乙所示的F a图像。 (1)关于该实验,下列说法正确的是 。 A.调整长木板右端的定滑轮,使得细线与长木板平行 B.在不挂砂桶的前提下,将带滑轮的长木板右端垫高,以平衡阻力 C.小车靠近打点计时器,先释放小车,再接通电源 D.为减小误差,实验中要保证砂和砂桶的总质量m0远小于小车的质量M (2)实验中打出的一条纸带如图丙所示,打点计时器打点的周期为T,在纸带上依次标上1、2、3、4、5、6、7等计数点,相邻两个计数点之间还有四个点没有画出来,测得x1、x2、x3、x4、x5、x6。利用以上数据可知,打该纸带时滑块的加速度计算式为a= (用题中字母表示)。 (3)图乙中直线的延长线没有经过原点的原因是 (任写一条即可),由图乙可知滑块的质量m= kg(结果保留两位有效数字)。 2.图甲是利用气垫导轨探究在外力一定的条件下,物体加速度与质量关系的实验装置。实验步骤如下: ①气垫导轨放在水平桌面上,并调至水平; ②用游标卡尺测出挡光条的宽度为L; ③由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离为s; ④将滑块移 ... ...
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