实验探究三探究加速度与物体质量、物体受力的关系

,基本实验要求,实验热点聚焦,拓展创新实验,实验探究三探究加速度与物体质量、物体受,力的关系,注意事项,1,实验方法,：控制变量法,2,平衡摩擦力,：在平衡摩擦力时，不要悬挂小盘，但小车应连着纸带且接通电源用手给小车一个初速度，如果在纸带上打出的点的间隔是均匀的，表明小车受到的阻力跟它的重力沿斜面向下的分力平衡,3,不重复平衡摩擦力,：平衡了摩擦力后，不管以后是改变小盘和砝码的总质量还是改变小车和砝码的总质量，都不需要重新平衡摩擦力,4,实验条件,：,M,m,只有如此，小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力,5,一先一后一按住,：改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，后放开小车，且应在小车到达滑轮前按住小车,6,作图,：作图时两轴标度比例要适当各量须采用国际单位这样作图线时，坐标点间距不至于过密，误差会小些,误差分析,1,因实验原理不完善引起误差以小车、小盘和砝码整体为研究对象得,mg,(,M,m,),a,；以小车为研究对象得,F,Ma,；求得,本实验用小盘和砝码的总重力,mg,代替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力小盘和砝码的总质量越小于小车的质量，由此引起的误差就越小因此，满足小盘和砝码的总质量远小于小车的质量的目的就是减小因实验原理不完善而引起的误差,2,摩擦力平衡不准确、质量测量不准确、计数点间距测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差,热点一实验原理与操作,【,典例,1】 (2012,安徽高考,21),图,1,为,“,探究加速度与物体质量、物体受力关系,”,的实验装置示意图砂和砂桶的总质量为,m,，小车和砝码的总质量为,M,.,实验中用砂和砂桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小,图,1,(1),实验中，为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，先调节长木板一端滑轮的高度，使细线与长木板平行接下来还需要进行的一项操作是,(,),A,将长木板水平放置，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，给打点计时器通电，调节,m,的大小，使小车在砂和砂桶的牵引下运动，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动,B,将长木板的一端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，撤去砂和砂桶，给打点计时器通电，轻推小车，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动,C,将长木板的一端垫起适当的高度，撤去纸带以及砂和砂桶，轻推小车，观察判断小车是否做匀速运动,(2),实验中要进行质量,m,和,M,的选取，以下最合理的一组是,(,),A,M,200 g,，,m,10 g,、,15 g,、,20 g,、,25 g,、,30 g,、,40 g,B,M,200 g,，,m,20 g,、,40 g,、,60 g,、,80 g,、,100 g,、,120 g,C,M,400 g,，,m,10 g,、,15 g,、,20 g,、,25 g,、,30 g,、,40 g,D,M,400 g,，,m,20 g,、,40 g,、,60 g,、,80 g,、,100 g,、,120 g,(3),图,2,是实验中得到的一条纸带，,A,、,B,、,C,、,D,、,E,、,F,、,G,为,7,个相邻的计数点，相邻的两个计数点之间还有四个点未画出量出相邻的计数点之间的距离分别为：,x,AB,4.22 cm,、,x,BC,4.65 cm,、,x,CD,5.08 cm,、,x,DE,5.49 cm,，,x,EF,5.91 cm,，,x,FG,6.34 cm.,已知打点计时器的工作频率为,50 Hz,，则小车的加速度,a,_m/s,2,.(,结果保留二位有效数字,),图,2,解析,(1),小车在运动过程中受到重力、支持力、纸带的拉力、木板对小车的摩擦力和细线拉力的作用为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合力，因此应把木板的一端垫起适当的高度，以使重力、支持力、纸带的拉力和摩擦力的合力为零，即小车做匀速运动，因此在进行这一操作时，不应挂砂桶，小车应连接纸带，,A,、,C,项错误；,B,项正确,(2),由于绳子的拉力不易测量，本实验中用砂和砂桶的总重力来代替绳的拉力，而砂桶做加速运动，设加速度大小为,a,，则,F,T,m,(,g,a,),，当砂桶的加速度很小时，,F,T,近似等于,mg,，因此实验中应控制实验条件，使砂桶的加速度很,小只有当小车的质量远大于砂和砂桶的总质量时，小车和砂桶的加速度才很小，绳的拉力才近似等于砂和砂桶的总重力,C,项正确,答案,(1)B,(2)C,(3)0.42,【,跟踪短训,】,1,如图,3,所示，为某同学安装的,“,探究加速度与物体质量、物体受力关系,”,的实验装置，在小车的前端固定一个传感器，和砂桶连接的细线接在传感器上，通过传感器可显示出细线的拉力在图示状态下开始做实验,图,3,(1),从图上可以看出，该同学在装置和操作中的主要错误是,_,_.,(2),若砂和砂桶的质量为,m,，小车和传感器的总重量为,M,，做好此实验,_(,填,“,需要,”,或,“,不需要,”,),M,m,的条件,解析,(2),不加传感器时将砂和砂桶的重力作为细线的拉力，而接了传感器后细线的拉力可以直接读出,答案,(1),未平衡摩擦力；细线与木板不平行；开始实验时，小车离打点计时器太远,(2),不需要,热点二实验数据处理与误差分析,【,典例,2】,某实验小组在实验室探究加速度和力、质量的关系,(1),甲同学在小车所受合外力不变时，改变小车的质量，得到数据如下表所示：,实验次数,小车质量,m,/kg,小车加速度,a,/(m/s,2,),1,0.20,0.78,5.00,2,0.40,0.38,2.50,3,0.60,0.25,1.67,4,0.80,0.20,1.25,5,1.00,0.16,1.00,c,小车受到的合力大约为,_,(,结果保留两位有效数字,),(2),乙同学在保持小车质量不变的情况下，通过多次改变对小车的拉力，由实验数据作出的,a,F,图象如图乙所示，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,4,(2),木板倾角过大,2.0,【,跟踪短训,】,2,某组同学设计了,“,探究加速度,a,与物体所受合力,F,及质量,m,的关系,”,实验图,5,甲为实验装置简图，,A,为小车，,B,为电火花计时器，,C,为装有细砂的小桶，,D,为一端带有定滑轮的长方形木板，实验中认为细绳对小车拉力,F,等于细砂和小桶的总重量，小车运动的加速度,a,可用纸带上打出的点求得,(1),图,5,乙为某次实验得到的纸带，已知实验所用电源的频率为,50 Hz.,根据纸带可求出电火花计时器打,B,点时的速度为,_m/s,，小车的加速度大小为,_m/s,2,.(,结果均保留两位有效数字,),图,5,(2),在,“,探究加速度,a,与质量,m,的关系,”,时，某同学按照自己的方案将实验数据都在坐标系中进行了标注，但尚未完成图象,(,如图,6,甲所示,),请继续帮助该同学作出坐标系中的图象,(3),在,“,探究加速度,a,与合力,F,的关系,”,时，该同学根据实验数据作出了加速度,a,与合力,F,的图线如图,6,乙所示，该图线不通过坐标原点，试分析图线不通过坐标原点的原因,答：,_.,图,6,(2),将坐标系中各点连成一条直,线，连线时应使直线过尽可能,多的点，不在直线上的点应大,致对称分布在直线的两侧，离,直线较远的点应视为错误数,据，不予考虑，连线如图所,示：,(3),图线与横轴有截距，说明实验前没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够,答案,(1)1.6,3.2,(2),见解析,(3),实验前没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够,探究高考命题视角,以本实验为背景，通过改变实验条件、实验仪器设置题目，不脱离教材而又不拘泥教材，体现开放性、探究性、设计性等特点,视角,1,实验器材的改进,视角,2,数据处理方法的改进,小车的加速度可以利用传感器，借助于计算机来处理,视角,3,实验方案的改进,用气垫导轨和两个光电门来完成此实验,视角,4,以本实验为背景，结合牛顿第二定律，测量两接触,面间的动摩擦因数,【,典例,3】 (2013,新课标全国卷,，,22),图,7,为测量物块与水平桌面之间动摩擦因数的实验装置示意图实验步骤如下：,图,7,用天平测量物块和遮光片的总质量,M,、重物的质量,m,，用游标卡尺测量遮光片的宽度,d,；用米尺测量两光电门之间的距离,s,；,调整轻滑轮，使细线水平；,让物块从光电门,A,的左侧由静止释放，用数字毫秒计分别测出遮光片经过光电门,A,和光电门,B,所用的时间,t,A,和,t,B,，求出加速度,a,；,根据上述实验数据求出动摩擦因数,.,回答下列问题：,(1),测量,d,时，某次游标卡尺,(,主尺的最小分度为,1 mm),的示数如图,8,所示，其读数为,_ cm.,图,8,(2),物块的加速度,a,可用,d,、,s,、,t,A,和,t,B,表示为,a,_,(4),如果细线没有调整到水平，由此引起的误差属于,_(,选填,“,偶然误差,”,或,“,系统误差,”,),解析,(1),d,0.9 cm,120.05 mm,0.9 cm,0.060 cm,0.960 cm.,【,探究跟踪,】,如图,9,所示是某同学探究小车,加速度与力的关系的实验装,置，他将光电门固定在水平,轨道上的,B,点，用不同重物通过细线拉同一小车，每次小车都从同一位置,A,由静止释放,(1),若用,10,分度的游标卡尺测出遮光,条的宽度,d,，如图,10,所示，则宽度为,_mm,，实验时将小车从图示,位置由静止释放，由数字计时器读出,遮光条通过光电门的时间,t,，则小车经过光电门时的速度为,v,_(,用字母表示,),图,9,图,10,(2),测出多组重物的质量,m,和对应遮光条通过光电门的时间,t,，通过描点作出线性图象，研究小车加速度与力的关系处理数据时应作出,_,图象,A,t,m,B,t,2,m,(3),有一位同学通过实验测量作出的图,线如图,11,所示，试分析,图线不通过坐标原点的原因是,_,；,图线上部弯曲的原因是,_,_.,图,11,(3),见答案,(3),图象与横轴有交点，说明在外力比较小时小车没有加速度，因此说明实验前没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足,