实验三加速度与物体质量、物体受力的关系

实验三加速度与物体质量、物体受力的关系结束上页下页末页首页实验三加速度与物体质量、物体受力的关系二、实验器材小车、砝码、小盘、细绳、附有定滑轮的长木板、、打点计时器、低压交流电源、导线、纸带、、米尺。一、实验目的1．学会用控制变量法研究物理规律。2．探究加速度与力、质量的关系。3．掌握利用图像处理数据的方法。垫木天平结束上页下页末页首页实验三加速度与物体质量、物体受力的关系考点一实验原理与操作[典例1](2013·天津高考)某实验小组利用图实­3­1所示的装置探究加速度与力、质量的关系。图实­3­1结束上页下页末页首页实验三加速度与物体质量、物体受力的关系(1)下列做法正确的是________(填字母代号)。A．调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行B．在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上C．实验时，先放开木块再接通打点计时器的电源D．通过增减木块上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度实验操作步骤(1)平衡木块的滑动摩擦力时，砝码桶不能拴在木块上。(2)改变木块质量时，不需要重新平衡摩擦力。(3)实验过程中，应先接通电源，再放开木块。AD结束上页下页末页首页实验三加速度与物体质量、物体受力的关系(2)为使砝码桶及桶内砝码的总重力在数值上近似等于木块运动时受到的拉力，应满足的条件是砝码桶及桶内砝码的总质量________木块和木块上砝码的总质量。(选填“远大于”、“远小于”或“近似等于”)实验原理的理解(1)平衡木块摩擦力后，细绳的拉力即为木块的合外力。(2)只有满足砝码桶及桶内砝码的总质量远小于木块和木块上砝码的总质量时，细绳的拉力才近似等于砝码桶及桶内砝码的总重力。远小于结束上页下页末页首页实验三加速度与物体质量、物体受力的关系(3)甲、乙两同学在同一实验室，各取一套图示的装置放在水平桌面上，木块上均不放砝码，在没有平衡摩擦力的情况下，研究加速度a与拉力F的关系，分别得到图实­3­2中甲、乙两条直线。设甲、乙用的木块质量分别为m甲、m乙，甲、乙用的木块与木板间的动摩擦因数分别为μ甲、μ乙，由图可知，m甲________m乙，μ甲________μ乙。(选填“大于”、“小于”或“等于”)图实­3­2利用图像分析实验结果(1)因没有平衡摩擦力，aF图线为不过原点的倾斜直线。(2)利用aF图线的斜率、截距的意义比较m、μ的大小。小于大于结束上页下页末页首页实验三加速度与物体质量、物体受力的关系[题组突破]1．(2015·全国卷Ⅱ)某同学用图实­3­3(a)所示的实验装置测量物块与斜面之间的动摩擦因数。已知打点计时器所用电源的频率为50Hz，物块下滑过程中所得到的纸带的一部分如图(b)所示，图中标出了五个连续点之间的距离。图实­3­3结束上页下页末页首页实验三加速度与物体质量、物体受力的关系(1)物块下滑时的加速度a＝________m/s2，打C点时物块的速度v＝________m/s；(2)已知重力加速度大小为g，为求出动摩擦因数，还必须测量的物理量是________(填正确答案标号)。A．物块的质量B．斜面的高度C．斜面的倾角解析结束上页下页末页首页实验三加速度与物体质量、物体受力的关系2．(2016·天津和平区期末)小王同学在探究加速度与力、质量的关系时，小车及钩码的质量用M表示，砂桶及砂的质量用m表示，小车的加速度可由小车后拖动的纸带计算出。(1)往砂桶中加入一定量的砂子，当M与m的大小关系满足________时，可近似认为绳对小车的拉力大小等于砂桶和砂的重力；在释放小车________(填“之前”或“之后”)接通打点计时器的电源，在纸带上打出一系列的点。结束上页下页末页首页实验三加速度与物体质量、物体受力的关系(2)在平衡摩擦力后，他用打点计时器打出的纸带的一段如图实­3­4所示，该纸带上相邻两个计数点间还有4个点未标出，打点计时器使用交流电的频率是50Hz，则小车的加速度大小是________m/s2，当打点计时器打B点时小车的速度是________m/s。(结果保留三位有效数字)图实­3­4结束上页下页末页首页实验三加速度与物体质量、物体受力的关系(3)小张同学用同一装置做实验，他们俩在同一坐标系中画出了a­F关系图如图实­3­5所示，小张和小王同学做实验，哪一个物理量是不同的________。图实­3­5解析结束上页下页末页首页实验三加速度与物体质量、物体受力的关系考点二数据处理与误差分析[典例2](2016·宿迁质检)某次“探究加速度a跟物体所受合力F和质量m的关系”实验过程是：图实­3­6结束上页下页末页首页实验三加速度与物体质量、物体受力的关系(1)图实­3­6甲所示为实验装置图。图乙为某次实验得到的一段纸带，计数点A、B、C、D、E间的时间间隔为0.1s，根据纸带可求出小车的加速度大小为________m/s2(结果保留两位有效数字)。利用纸带求解小车的加速度(1)逐差法求纸带加速度的公式a＝x3＋x4－x1＋x24T2。(2)注意对计算结果的有效数字要求。0.43结束上页下页末页首页实验三加速度与物体质量、物体受力的关系(2)保持小车质量不变，改变砂和砂桶质量，进行多次测量。根据实验数据做出了加速度a随拉力F的变化图线，如图实­3­7所示。图中直线没有通过原点，其主要原因是________________________________________。图实­3­7利用图像分析a、F间的关系及误差分析(1)保持小车质量不变时，aF图像应为一条过原点的直线。(2)aF图像不过原点可能是平衡小车摩擦力时没有达到实验要求所致。实验前未平衡摩擦力(或平衡摩擦力不充分)结束上页下页末页首页实验三加速度与物体质量、物体受力的关系(3)保持砂和砂桶质量不变，改变小车中砝码质量，进行多次测量，得到小车加速度a、质量m及其对应的1m的数据如表中所示：实验次数12345678小车加速度a/m·s－21.901.721.491.251.000.750.500.30小车和砝码质量m/kg0.250.290.330.400.500.711.001.671m/kg－14.003.453.032.502.001.411.000.60结束上页下页末页首页实验三加速度与物体质量、物体受力的关系a．请在坐标纸中画出a­1m图线；图实­3­8b.根据作出的a­1m图像可以得到的结论是：。图线为过原点的直线，表明在合外力一定时，加速度跟质量成反比利用图像分析a、m间的关系(1)小车合力不变时，a、m之间成反比关系。(2)利用化曲为直的思想，做出a­1m关系图线，若为过原点的倾斜直线，则小车合外力一定时，a、m之间成反比关系。结束上页下页末页首页实验三加速度与物体质量、物体受力的关系[题组突破]3．(2016·盐城二模)某同学用如图实­3­9甲所示的实验装置来“探究a与F、m之间的定量关系”。图实­3­9结束上页下页末页首页实验三加速度与物体质量、物体受力的关系(1)实验时，必须先平衡小车与木板之间的摩擦力。该同学是这样操作的：如图乙，将小车静止地放在水平长木板上，并连着已穿过打点计时器的纸带，调整木板右端的高度，接通电源，用手轻拨小车，让打点计时器在纸带上打出一系列________的点，说明小车在做________运动。(2)如果该同学先如(1)中的操作，平衡了摩擦力。以砂和砂桶的重力为F，在小车质量M保持不变情况下，不断往桶里加砂，砂的质量最终达到13M，测小车加速度a，作a­F的图像。如图丙图线正确的是________。结束上页下页末页首页实验三加速度与物体质量、物体受力的关系(3)设纸带上计数点的间距为x1和x2。如图丁为用米尺测量某一纸带上的x1、x2的情况，从图中可读出x1＝3.10cm，x2＝________cm,已知打点计时器的频率为50Hz，由此求得加速度的大小a＝________m/s2。解析结束上页下页末页首页实验三加速度与物体质量、物体受力的关系4．在用图实­3­10所示装置做“验证牛顿第二定律”的实验中：(1)甲同学在外力F一定的条件下，探究a与M的关系时，所得到的实验结果如下表：外力F＝0.1N次数n12345质量M/g100140180200240加速度a/(m·s－2)1.000.670.530.480.4010.007.145.564.17质量的倒数1M/kg－1结束上页下页末页首页实验三加速度与物体质量、物体受力的关系图实­3­10结束上页下页末页首页实验三加速度与物体质量、物体受力的关系①请你完善表中数据，并在图实­3­11中给出的坐标纸上画出a­1M的图像；②由图像可得到的结论是__________________________。图实­3­11结束上页下页末页首页实验三加速度与物体质量、物体受力的关系(2)乙同学在探究加速度与外力关系的实验中得到的a­F图像如图实­3­12，则该图像中图线不过原点的原因是_____________________________________________________________，小车的质量为________kg(保留两位有效数字)。图实­3­12解析结束上页下页末页首页实验三加速度与物体质量、物体受力的关系考点三实验的改进与创新[典例3](2016·江阴模拟)如图实­3­13所示是某同学探究加速度与力的关系的实验装置。他在气垫导轨上安装了一个光电门B。滑块上固定一遮光条，滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连，传感器下方悬挂钩码，每次滑块都从A处由静止释放。图实­3­13实验器材的创新(1)利用光电门测滑块上的遮光条通过光电门的时间。(2)利用气垫导轨代替长木板。(3)利用力传感器测绳中拉力大小。结束上页下页末页首页实验三加速度与物体质量、物体受力的关系(1)该同学用游标卡尺测量遮光条的宽度d，如图实­3­14所示，则d＝________mm。图实­3­14(2)实验时，将滑块从A位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门B的时间t，若要得到滑块的加速度，还需要测量的物理量是_____________________________；2.30遮光条到光电门的距离L结束上页下页末页首页实验三加速度与物体质量、物体受力的关系(3)下列不必要的一项实验要求是________。(请填写选项前对应的字母)A．应使滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量B．应使A位置与光电门间的距离适当大些C．应将气垫导轨调节水平D．应使细线与气垫导轨平行实验原理的创新利用力传感器测出细线拉力，消除了因m≪M得不到满足带来的实验误差。A结束上页下页末页首页实验三加速度与物体质量、物体受力的关系(4)改变钩码质量，测出对应的力传感器的示数F和遮光条通过光电门的时间t，通过描点作出线性图像，研究滑块的加速度与力的关系，处理数据时应作出________图像。(选填“t2­F”“1t­F”或“1t2­F”)数据处理方法的创新由v2＝2aL得a＝v22L1t2­F结束上页下页末页首页实验三加速度与物体质量、物体受力的关系[题组突破]5．(2016·吉林一中一模)“用DIS研究加速度与力的关系”的实验装置如图实­3­15(a)所示，实验中用所挂钩码的重量作为细线对小车的拉力F。通过增加钩码的数量，多次测量，可得小车运动的加速度a和所受拉力F的关系图像。他们在轨道水平和倾斜的两种情况下分别做了实验，得到了两条a­F图线。如图(b)所示。图实­3­15结束上页下页末页首页实验三加速度与物体质量、物体受力的关系(1)图线________(选填“①”或“②”)是在轨道右侧抬高成为斜面情况下得到的；(2)在轨道水平时，小车运动的阻力Ff＝________N；(3)图(b)中，拉力F较大时，a­F图线明显弯曲，产生误差，为避免此误差，可采取的措施是________。A．调整轨道的倾角，在未挂钩码时使小车能在轨道上匀速运动B．在增加钩码数量的同时在小车上增加砝码，使钩码的总质量始终远小于小车的总质量C．将无线力传