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第14讲 实验：探究加速度与力、质量的关系-【暑假自学课】2022年新高一物理暑假精品课（人教版）
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第14讲 实验：探究加速度与力、质量的关系
【学习目标】
1.学会用控制变量法研究物理规律.
2.会测量加速度、力和质量，能作出物体运动的a－F、a－图象
.3.会通过实验探究加速度与力、质量的定量关系．
【基础知识】
一、实验器材
小车、砝码、砝码盘、细线、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、 、纸带、 、 ．
二、实验原理
实验的基本思想——控制变量法
(1)保持研究对象即小车的质量不变，改变砝码盘内砝码的质量，即改变 ，测出小车的对应加速度，验证加速度是否正比于作用力．
(2)保持砝码盘中砝码的质量不变，即保持 不变，改变研究对象即小车的 ，测出对应不同质量的加速度，验证加速度是否反比于质量．
三、实验方案的设计
1．三个物理量的测量方法——近似法
本实验的研究对象：小车 (装置如图1所示)．
图1
(1)小车质量的测量：利用 测出，在小车上增减砝码可改变小车的质量．
(2)拉力的测量：当砝码盘和砝码的质量 小车质量的情况下，可以认为砝码盘和砝码的重力近似等于小车所受的拉力(合外力)．
(3)加速度的测量：由纸带根据公式Δx＝aT2，结合逐差法计算出小车的加速度．
2．实验数据的处理方法——图象法、“化曲为直”法
图2
(1)研究加速度a和力F的关系
以加速度a为纵坐标，力F为横坐标，根据测量数据描点，然后作出图象，如图2所示，若图象是一条通 ，就能说明a与F成 ．
(2)研究加速度a与质量m的关系
如图3所示，因为a－m图象是曲线，检查a－m图象是不是双曲线，就能判断它们之间是不是成反比关系，但检查这条曲线是不是双曲线，相当困难．若a和m成反比，则a与必成正比．我们采取“化曲为直”的方法，以a为纵坐标，以为横坐标，作出a－图象，若a－图象是一条 ，说明a与成 ，即a与m成 ．
图3
四、实验步骤
1．用 测出小车的质量M，并把数值记录下来．
2．按如图4所示的装置把实验器材安装好(小车上先不系绳)．
图4
3．平衡摩擦力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫一木块，反复移动木块位置，直到轻推小车在斜面上运动时可保持 运动为止(纸带上相邻点间距相等)．
4．在砝码盘里放入适量的砝码，用细绳绕过定滑轮系在小车上，在小车上加放适量的砝码，用天平测出砝码盘和砝码的质量m，记录下来．接通电源，放开小车，待打点计时器在纸带上打好点后取下纸带，并设计表格如下.
次数
1
2
3
4
5
6
小车加速度a/(m·s－2)
砝码盘和砝码的质量m/kg
拉力F/N
5.保持小车的 不变，改变砝码和砝码盘的质量，按步骤4再做5次实验．
6．在每条纸带上选取一段比较理想的部分，算出每条纸带对应的加速度的值，填入表格中．
7．用纵坐标表示加速度，横坐标表示作用力，根据实验结果画出小车运动的a－F图象，从而得出a、F之间的关系．
8．保持砝码和砝码盘的 不变，在小车上加放砝码，重复上面的实验，求出相应的加速度，并设计表格如下．根据实验结果画出小车运动的a－图象，从而得出a、M之间的关系.
次数
1
2
3
4
5
6
小车加速度a/(m·s－2)
小车质量M/kg
/kg－1
9.整理实验器材，结束实验．
五、注意事项
1．打点前小车应 打点计时器且应先 后 ．
2．在平衡摩擦力时， (填“要”或“不要”)悬挂砝码盘，但小车应连着纸带且接通电源．用手轻轻地给小车一个初速度，如果在纸带上打出的点的间隔 ，表明小车受到的阻力跟它受到的重力沿斜面向下的分力平衡．
3．改变砝码的质量的过程中，要始终保证砝码和砝码盘的质量 小车的质量．
4．作图时应使所作的 通过尽可能多的点，不在直线上的点也要尽可能的对称分布在直线的两侧，但若遇到个别偏离较远的点可舍去.
【考点剖析】
考点一：实验原理和实验操作
例1．在探究加速度与物体所受合外力和质量间的关系时，采用如图所示的实验装置，小车及车中的砝码的总质量用M表示，盘及盘中的砝码的总质量用m表示，小车的加速度可由小车后拖动的纸带上的由打点计时器打出的点计算得出．
(1)当M与m的大小关系满足________时，才可以认为细线对小车的拉力大小等于盘和盘中砝码的重力．
(2)一组同学在保持盘及盘中的砝码质量一定的情况下，探究加速度与小车质量的关系．以下做法正确的是( )
A．平衡摩擦力时，应将盘及盘中的砝码用细线绕过定滑轮系在小车上
B．每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力
C．实验时，先放开小车，再接通打点计时器电源
D．用天平测出m和M，之后可直接用公式a＝求出小车运动的加速度
(3)在保持小车及车中的砝码质量M一定，探究加速度与所受合外力的关系时，由于平衡摩擦力时操作不当，两位同学得到的a－F关系分别如图中甲、乙所示(a是小车的加速度，F是细线作用于小车的拉力)．出现以下情况的原因分别是：
甲图：_____________________________________________________________.
乙图：_____________________________________________________________.
．
考点二：数据处理和误差分析
例2．某同学设计了一个探究加速度a与物体所受合力F及质量m关系的实验，如图甲为实验装置简图(交变电流的频率为50 Hz)．
(1)图乙为某次实验得到的纸带，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)．
(2)保持沙和沙桶的总质量不变，改变小车质量m，分别得到小车的加速度a与质量m及对应的数据，如表所示：
实验序号
1
2
3
4
5
6
7
8
小车的加速度a/(m·s－2)
1.90
1.72
1.49
1.25
1.00
0.75
0.50
0.30
小车的质量m/kg
0.25
0.29
0.33
0.40
0.50
0.71
1.00
1.67
/kg－1
4.00
3.45
3.03
2.50
2.00
1.41
1.00
0.60
请在如图丙所示的方格坐标纸中画出a－图线，并依据图线求出小车的加速度a与质量倒数之间的关系式：______________．
(3)保持小车的质量不变，改变沙和沙桶的总质量，该同学根据实验数据作出了加速度a随合力F变化的图线，如图丁所示，该图线不通过原点，其主要原因是______________
________________________________________________________________________.
考点三：实验改进与创新
例3．探究“加速度与力、质量关系”的实验装置如图甲所示，小车后面固定一条纸带，穿过电火花打点计时器，细线一端连着小车，另一端通过光滑的定滑轮和动滑轮与挂在竖直面内的拉力传感器相连，拉力传感器用于测小车受到拉力的大小．
(1)关于平衡摩擦力，下列说法正确的是________．
A．平衡摩擦力时，需要在动滑轮上挂上钩码
B．改变小车质量时，需要重新平衡摩擦力
C．改变小车拉力时，不需要重新平衡摩擦力
(2)实验中________(选填“需要”或“不需要”)满足所挂钩码质量远小于小车质量．
(3)某同学根据实验数据作出了加速度a与力F的关系图象如图乙所示，图线不过原点的原因是________．
A．钩码质量没有远小于小车质量
B．平衡摩擦力时木板倾角过大
C．平衡摩擦力时木板倾角过小或未平衡摩擦力
【真题演练】
1.关于“探究加速度与力、质量的关系”实验，下列说法中正确的是
A．本实验采用的方法是控制变量法
B．探究加速度与质量的关系时，应该改变拉力的大小
C．探究加速度与力的关系时，作a–F图象应该用线段依次将各点连接起来
D．探究加速度与质量的关系时，为了直观判断二者间的关系，应作出a–M图象
2．某同学设计了一个探究加速度a与物体所受合力F及质量m关系的实验，图甲为实验装置简图（交流电的频率为50 Hz）。
（1）图乙为某次实验得到的纸带，根据纸带可求出小车的加速度大小为________m/s2（保留两位有效数字）。
（2）保持小车质量不变，改变砂和砂桶质量，该同学根据实验数据作出了加速度a随合力F的变化图线，如图所示。该图线不通过原点，请你分析其主要原因是__________________________。
3．在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，某同学使用了如下图1所示的装置，其中砂桶质量为m,小车质量为M，打点计时器使用的交流电频率为50 Hz。
（1）实验前，在进行平衡摩擦力的操作时，下列注意事项正确的是_______。
A．应该让小车连接纸带并穿过打点计时器 B．必须让小车连接砂桶
C．纸带和砂桶都应连接 D．改变小车质量时，需要重新平衡摩擦力
（2）该同学得到一条纸带，在纸带上取连续的六个点，如图2所示，自A点起，相邻两点的距离分别为10.1 mm、12.0 mm、14.1 mm、16.0 mm、18.0 mm，则打E点时小车速度为______m/s，小车的加速度为______ m/s2（结果保留一位小数）。
（3）该实验用到了__________科学方法，为了让砂桶的总重力表示绳子的拉力，应该满足_____________条件。
（4）该同学通过数据的处理作出了a−F图象，如图3所示，则图中直线不过原点的原因可能是_____。
4．为了探究物体质量一定时加速度与力的关系，某同学设计了如图1所示的实验装置，其中M为小车和小车上的滑轮的总质量，m为沙和沙桶的总质量，力传感器可测出轻绳中的拉力大小．
(1)下列实验操作中，一定要进行的是________．
A．用天平测出沙和沙桶的总质量
B．将带滑轮的长木板右端适当垫高，以平衡摩擦力
C．调整力传感器和定滑轮的高度，使连接它们的轻绳与长木板平行
D．为减小误差，一定要保证m远小于M
(2)该同学在实验中得到如图2所示的一条纸带(相邻两计数点间还有四个点没有画出)，已知打点计时器采用的是频率为50 Hz的交流电，根据纸带可求出小车的加速度为____________ m/s2(结果保留三位有效数字)．
(3)该同学以力传感器的示数F为横坐标，加速度a为纵坐标，画出的a－F图象是一条直线(图象没有画出)，求得图线的斜率为k，则小车和小车上的滑轮的总质量为________．
A. B．k C. D．2k
5．在“探究加速度与力、质量的关系”这一实验中：
(1)甲、乙两位同学根据实验数据画出的小车的加速度a与小车所受拉力F的图象分别为图(a)中的直线Ⅰ和直线Ⅱ，直线Ⅰ、Ⅱ在纵轴或横轴上的截距较大，明显超出了误差范围，下面给出了关于形成这两种情况原因的四种解释，其中可能正确的是________．
A．实验前甲同学没有平衡摩擦力
B．甲同学在平衡摩擦力时把长木板的末端抬得过高了
C．实验前乙同学没有平衡摩擦力
D．乙同学在平衡摩擦力时，把长木板的末端抬得过高了
(2)如图(b)给出了该次实验中从O点开始，每5个点取一个计数点的纸带(频率为50 Hz)，其中1，2，3，4，5都为计数点，其中x1＝1.41 cm，x2＝1.91 cm，x3＝2.39 cm，x4＝2.91 cm.由纸带数据计算可得计数点4所代表时刻的瞬时速度v4＝________m/s，小车的加速度a＝________m/s2.
6．某实验小组用如图1所示的装置探究质量一定时加速度与力的关系．用铁架台将两块固定有定滑轮的木板架起，木板的右端固定了两个打点计时器，将两个质量相等的小车A、B放置在木板右端，用细线绕过滑轮组后与两小车相连．两条纸带穿过打点计时器后分别与小车连接在一起．将两个打点计时器接在同一个电源上，确保可将它们同时打开或关闭．实验时，甲同学将两小车按住，乙同学先在动滑轮下方挂上一个钩码，再接通电源使打点计时器开始工作．打点稳定后，甲将两辆小车同时释放．在小车撞到定滑轮前，乙断开电源，两打点计时器同时停止工作，取下两条纸带，通过分析处理纸带记录的信息，可以求出两小车的加速度，进而完成实验．请回答以下问题：
(1)图2为小车A后面的纸带，纸带上的0，1，2，3，4，5，6为每隔4个打印点选取的计数点，相邻两计数点间的距离如图2中标注，单位为 cm.打点计时器所用电源的频率为50 Hz，则小车A的加速度a1＝________ m/s2(结果保留两位有效数字)，同样测出小车B的加速度a2，若a1∶a2近似等于________，就可说明质量一定的情况下，物体的加速度与力成正比．
(2)丙同学提出，不需测出两小车加速度的数值，只量出两条纸带上从第一个打印点到最后一个打印点间的距离x1、x2，也能完成实验探究，若x1∶x2近似等于________，也可说明质量一定的情况下，物体的加速度与力成正比，理由是____________________．
【过关检测】
1．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中:
（1）某同学将实验器材组装成如图所示的装置图，接通电源进行数据测量,该装置中的明显错误有（_____）
A.打点计时器的电源不应使用干电池,应使用交流电源
B．小车初始位置离打点计时器太远
C．小盘里不该放钩码
D．没有垫高木板平衡摩擦力
（2）改正实验装置后,该同学顺利地完成了实验。图中是他在实验中得到的一条纸带,图中相邻两计数点的时间间隔为0.1 s,由图中的数据可算得小车的加速度a为_______ m/s2。(结果保留两位有效数字)
（3）为保证绳子对小车的拉力约等于小盘和重物的总重力mg,小盘和重物的质量m与小车的质量M应满足的关系是_______。
2．为了探究质量一定时加速度与力的关系。一同学设计了如图甲所示的实验装置。其中为带滑轮的小车的质量，为砂和砂桶的质量。（滑轮质量不计）
（1）实验时，一定要进行的操作或保证的条件是_______。
A．用天平测出砂和砂桶的质量
B．将带滑轮的长木板右端垫高，以平衡摩擦力
C．小车靠近打点计时器，先释放小车，再接通电源，打出一条纸带，同时记录弹簧测力计的示数
D．改变砂和砂桶的质量，打出几条纸带
E.为减小误差，实验中一定要保证砂和砂桶的质量远小于小车的质量
（2）该同学在实验中得到如图乙所示的一条纸带（相邻两计数点间还有两个点没有画出），已知打点计时器采用的是频率为的交流电，根据纸带可求出小车的加速度为________（结果保留两位有效数字）。
（3）以弹簧测力计的示数为横坐标，加速度为纵坐标，画出的图象是一条直线，图线与横轴的夹角为，求得图线的斜率为，则小车的质量为______
A． B． C． D．。
3．某实验小组利用图示的装置探究加速度与力、质量的关系．
（1）下列做法正确的是 ________ （选填字母代号）．
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
（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”）
（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”）
4．图甲所示是小明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．
(1)小明用游标卡尺测量遮光条的宽度d.
(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c是_______(用文字表述)．滑块通过光电门的速度为____（用已知量表示）
(3)小亮同学认为：无需测出上述c和d，只要画出以F(力传感器示数)为横坐标、以____为纵坐标的图象就能直接反映加速度与力的关系．
(4)下列实验操作和要求必要的是________(请填写选项前对应的字母)．
A．应将气垫导轨调节水平
B．应测出钩码和力传感器的总质量
C．应使A位置与光电门间的距离适当大些
D．应使滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量
5．如图1所示，为“探究加速度与力、质量的关系”实验装置及数字化信息系统获得了小车加速度a与钩码的质量及小车和砝码的质量对应关系图．钩码的质量为m1，小车和砝码的质量为m2，重力加速度为g．
（1）下列说法正确的是______．
A．每次在小车上加减砝码时，应重新平衡摩擦力
B．实验时若用打点计时器应先释放小车后接通电源
C．本实验m2应远小于m1
D．在用图象探究加速度与质量关系时，应作a﹣图象
（2）实验时，某同学由于疏忽，遗漏了平衡摩擦力这一步骤，测得F=m1g，作出a﹣F图象，他可能作出图2中______ （选填“甲”、“乙”、“丙”）图线．此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是______．
A．小车与轨道之间存在摩擦
B．导轨保持了水平状态
C．钩码的总质量太大
D．所用小车的质量太大
（3）实验时，某同学遗漏了平衡摩擦力这一步骤，若轨道水平，他测量得到的﹣a图象，如图3．设图中直线的斜率为k，在纵轴上的截距为b，则小车与木板间的动摩擦因数μ=_____．
6．某同学用如图1所示的实验装置验证牛顿第二定律，请回答下列有关此实验的问题：
(1)该同学在实验前准备了图甲中所示的实验装置及下列辅助器材：其中不必要的器材是_______（填代号）．
A． 交流电源、导线 B． 天平（含配套砝码） C． 秒表 D． 刻度尺 E. 细线、砂和小砂桶
(2)打点计时器在小车拖动的纸带上打下一系列点迹，以此记录小车的运动情况．其中一部分纸带上的点迹情况如图2所示，已知打点计时器打点的时间间隔为0.02s，测得A点到B、C点的距离分别为x1=5.99cm、x2=13.69cm，小车做匀加速直线运动的加速度a=______m/s2.（结果保留三位有效数字）
(3)在验证“质量一定，加速度a与合外力F的关系”时，某学生根据实验数据作出了如图3所示的a-F图象，其中图线不过原点的原因是_______，图线在末端弯曲的原因是_____________．
7．在探究加速度与力、质量的关系实验中，采用如图所示的实验装置，小车及车中砝码的质量用M表示，盘及盘中砝码的质量用m表示，小车的加速度可由小车后拖动的纸带由打点计时器打上的点计算出。
（1）当M与m的大小关系满足______时，才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘及盘中砝码的重力。
（2）一组同学在做加速度与质量的关系实验时，保持盘及盘中砝码的质量一定，改变小车及车中砝码的质量，测出相应的加速度，采用图象法处理数据。为了比较容易地确定出加速度a与质量M的关系，应该作a与________的图象。
（3） 甲、乙同学用同一装置做实验，画出各自的a－F图线如图b所示，两个同学做实验时的哪一个物理量取值不同_______？
（4）为了消除小车与木板之间摩擦力的影响应采取的做法是______
A．将木板不带滑轮的一端适当垫高，使小车在钩码拉动下恰好做匀速运动
B．将木板带滑轮的一端适当垫高，使小车在钩码拉动下恰好做匀速运动
C．使木板不带滑轮的一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀速运动
D．使木板不带滑轮的一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车能够静止在木板上
8．如图所示为静宁一中两位同学探究“物体的加速度与其质量、所受合外力的关系”的实验装置图。
（1）实验中，两位同学安装好实验装置后，首先平衡摩擦力，他们将长木板的一端适当垫高一些后，在不挂砝码盘的情况下，使小车靠近打点计时器后，先接通电源，后用手轻拨小车，小车便拖动纸带在木板上自由运动。若打点计时器第一次在纸带上打出的计时点越来越稀疏（从打出的点的先后顺序看），则第二次打点前应将长木板底下的小木块垫的比原先更加_______（选填“高”或“低”）些；重复以上操作步骤，直到打点计时器在纸带上打出一系列___________的计时点，便说明平衡摩擦力合适。
（2）平衡摩擦力后，在____________的条件下，两位同学可以认为砝码盘（连同砝码）的总重力近似等于小车的所受的合外力。（已知小车的质量为M，砝码盘（连同砝码）的总质量为m）
（3）接下来，这两位同学先保持小车的质量不变的条件下，研究小车的加速度与受到的合外力的关系；图2为某次操作中打出的一条纸带，他们在纸带上标出了5个计数点，在相邻的两个计数点之间还有4个点未标出，图中数据的单位是cm。实验中使用的是频率f=50 Hz的交变电流。根据以上数据，可以算出小车的加速度a=________m/s2。（结果保留三位有效数字）
（4）然后，两位同学在保持小车受到的拉力不变的条件下，研究小车的加速度a与其质量M的关系。他们通过给小车中增加砝码来改变小车的质量M，得到小车的加速度a与质量M的数据，画出图线后，发现：当较大时，图线发生弯曲。于是，两位同学又对实验方案进行了进一步地修正，避免了图线的末端发生弯曲的现象，那么，两位同学的修正方案可能是____。
A．改画a与（M＋m）的关系图线
B．改画a与的关系图线
C．改画a与的关系图线
D．改画a与的关系图线
（5）实验桌上，具体的实验装置如图3所示；在砝码盘中放入适当的砝码后，将小车靠近打点计时器，接通电源后释放小车，打点计时器便在纸带上打出了一系列的点，并在保证小车的质量M、砝码（连同砝码盘）的质量m不变的情况下，多次进行实验打出了多条纸带，分别利用打出的多条纸带计算出了小车运动的加速度，并求出平均加速度，则小车与长木板间的动摩擦因数=________。（用m、M、g表示）
第14讲 实验：探究加速度与力、质量的关系
【学习目标】
1.学会用控制变量法研究物理规律.
2.会测量加速度、力和质量，能作出物体运动的a－F、a－图象
.3.会通过实验探究加速度与力、质量的定量关系．
【基础知识】
一、实验器材
小车、砝码、砝码盘、细线、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、 、纸带、 、 ．
二、实验原理
实验的基本思想——控制变量法
(1)保持研究对象即小车的质量不变，改变砝码盘内砝码的质量，即改变 ，测出小车的对应加速度，验证加速度是否正比于作用力．
(2)保持砝码盘中砝码的质量不变，即保持 不变，改变研究对象即小车的 ，测出对应不同质量的加速度，验证加速度是否反比于质量．
三、实验方案的设计
1．三个物理量的测量方法——近似法
本实验的研究对象：小车 (装置如图1所示)．
图1
(1)小车质量的测量：利用 测出，在小车上增减砝码可改变小车的质量．
(2)拉力的测量：当砝码盘和砝码的质量 小车质量的情况下，可以认为砝码盘和砝码的重力近似等于小车所受的拉力(合外力)．
(3)加速度的测量：由纸带根据公式Δx＝aT2，结合逐差法计算出小车的加速度．
2．实验数据的处理方法——图象法、“化曲为直”法
图2
(1)研究加速度a和力F的关系
以加速度a为纵坐标，力F为横坐标，根据测量数据描点，然后作出图象，如图2所示，若图象是一条通 ，就能说明a与F成 ．
(2)研究加速度a与质量m的关系
如图3所示，因为a－m图象是曲线，检查a－m图象是不是双曲线，就能判断它们之间是不是成反比关系，但检查这条曲线是不是双曲线，相当困难．若a和m成反比，则a与必成正比．我们采取“化曲为直”的方法，以a为纵坐标，以为横坐标，作出a－图象，若a－图象是一条 ，说明a与成 ，即a与m成 ．
图3
四、实验步骤
1．用 测出小车的质量M，并把数值记录下来．
2．按如图4所示的装置把实验器材安装好(小车上先不系绳)．
图4
3．平衡摩擦力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫一木块，反复移动木块位置，直到轻推小车在斜面上运动时可保持 运动为止(纸带上相邻点间距相等)．
4．在砝码盘里放入适量的砝码，用细绳绕过定滑轮系在小车上，在小车上加放适量的砝码，用天平测出砝码盘和砝码的质量m，记录下来．接通电源，放开小车，待打点计时器在纸带上打好点后取下纸带，并设计表格如下.
次数
1
2
3
4
5
6
小车加速度a/(m·s－2)
砝码盘和砝码的质量m/kg
拉力F/N
5.保持小车的 不变，改变砝码和砝码盘的质量，按步骤4再做5次实验．
6．在每条纸带上选取一段比较理想的部分，算出每条纸带对应的加速度的值，填入表格中．
7．用纵坐标表示加速度，横坐标表示作用力，根据实验结果画出小车运动的a－F图象，从而得出a、F之间的关系．
8．保持砝码和砝码盘的 不变，在小车上加放砝码，重复上面的实验，求出相应的加速度，并设计表格如下．根据实验结果画出小车运动的a－图象，从而得出a、M之间的关系.
次数
1
2
3
4
5
6
小车加速度a/(m·s－2)
小车质量M/kg
/kg－1
9.整理实验器材，结束实验．
五、注意事项
1．打点前小车应 打点计时器且应先 后 ．
2．在平衡摩擦力时， (填“要”或“不要”)悬挂砝码盘，但小车应连着纸带且接通电源．用手轻轻地给小车一个初速度，如果在纸带上打出的点的间隔 ，表明小车受到的阻力跟它受到的重力沿斜面向下的分力平衡．
3．改变砝码的质量的过程中，要始终保证砝码和砝码盘的质量 小车的质量．
4．作图时应使所作的 通过尽可能多的点，不在直线上的点也要尽可能的对称分布在直线的两侧，但若遇到个别偏离较远的点可舍去.
【考点剖析】
考点一：实验原理和实验操作
例1．在探究加速度与物体所受合外力和质量间的关系时，采用如图所示的实验装置，小车及车中的砝码的总质量用M表示，盘及盘中的砝码的总质量用m表示，小车的加速度可由小车后拖动的纸带上的由打点计时器打出的点计算得出．
(1)当M与m的大小关系满足________时，才可以认为细线对小车的拉力大小等于盘和盘中砝码的重力．
(2)一组同学在保持盘及盘中的砝码质量一定的情况下，探究加速度与小车质量的关系．以下做法正确的是( )
A．平衡摩擦力时，应将盘及盘中的砝码用细线绕过定滑轮系在小车上
B．每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力
C．实验时，先放开小车，再接通打点计时器电源
D．用天平测出m和M，之后可直接用公式a＝求出小车运动的加速度
(3)在保持小车及车中的砝码质量M一定，探究加速度与所受合外力的关系时，由于平衡摩擦力时操作不当，两位同学得到的a－F关系分别如图中甲、乙所示(a是小车的加速度，F是细线作用于小车的拉力)．出现以下情况的原因分别是：
甲图：_____________________________________________________________.
乙图：_____________________________________________________________.
．
考点二：数据处理和误差分析
例2．某同学设计了一个探究加速度a与物体所受合力F及质量m关系的实验，如图甲为实验装置简图(交变电流的频率为50 Hz)．
(1)图乙为某次实验得到的纸带，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)．
(2)保持沙和沙桶的总质量不变，改变小车质量m，分别得到小车的加速度a与质量m及对应的数据，如表所示：
实验序号
1
2
3
4
5
6
7
8
小车的加速度a/(m·s－2)
1.90
1.72
1.49
1.25
1.00
0.75
0.50
0.30
小车的质量m/kg
0.25
0.29
0.33
0.40
0.50
0.71
1.00
1.67
/kg－1
4.00
3.45
3.03
2.50
2.00
1.41
1.00
0.60
请在如图丙所示的方格坐标纸中画出a－图线，并依据图线求出小车的加速度a与质量倒数之间的关系式：______________．
(3)保持小车的质量不变，改变沙和沙桶的总质量，该同学根据实验数据作出了加速度a随合力F变化的图线，如图丁所示，该图线不通过原点，其主要原因是______________
________________________________________________________________________.
考点三：实验改进与创新
例3．探究“加速度与力、质量关系”的实验装置如图甲所示，小车后面固定一条纸带，穿过电火花打点计时器，细线一端连着小车，另一端通过光滑的定滑轮和动滑轮与挂在竖直面内的拉力传感器相连，拉力传感器用于测小车受到拉力的大小．
(1)关于平衡摩擦力，下列说法正确的是________．
A．平衡摩擦力时，需要在动滑轮上挂上钩码
B．改变小车质量时，需要重新平衡摩擦力
C．改变小车拉力时，不需要重新平衡摩擦力
(2)实验中________(选填“需要”或“不需要”)满足所挂钩码质量远小于小车质量．
(3)某同学根据实验数据作出了加速度a与力F的关系图象如图乙所示，图线不过原点的原因是________．
A．钩码质量没有远小于小车质量
B．平衡摩擦力时木板倾角过大
C．平衡摩擦力时木板倾角过小或未平衡摩擦力
【真题演练】
1.关于“探究加速度与力、质量的关系”实验，下列说法中正确的是
A．本实验采用的方法是控制变量法
B．探究加速度与质量的关系时，应该改变拉力的大小
C．探究加速度与力的关系时，作a–F图象应该用线段依次将各点连接起来
D．探究加速度与质量的关系时，为了直观判断二者间的关系，应作出a–M图象
2．某同学设计了一个探究加速度a与物体所受合力F及质量m关系的实验，图甲为实验装置简图（交流电的频率为50 Hz）。
（1）图乙为某次实验得到的纸带，根据纸带可求出小车的加速度大小为________m/s2（保留两位有效数字）。
（2）保持小车质量不变，改变砂和砂桶质量，该同学根据实验数据作出了加速度a随合力F的变化图线，如图所示。该图线不通过原点，请你分析其主要原因是__________________________。
3．在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，某同学使用了如下图1所示的装置，其中砂桶质量为m,小车质量为M，打点计时器使用的交流电频率为50 Hz。
（1）实验前，在进行平衡摩擦力的操作时，下列注意事项正确的是_______。
A．应该让小车连接纸带并穿过打点计时器 B．必须让小车连接砂桶
C．纸带和砂桶都应连接 D．改变小车质量时，需要重新平衡摩擦力
（2）该同学得到一条纸带，在纸带上取连续的六个点，如图2所示，自A点起，相邻两点的距离分别为10.1 mm、12.0 mm、14.1 mm、16.0 mm、18.0 mm，则打E点时小车速度为______m/s，小车的加速度为______ m/s2（结果保留一位小数）。
（3）该实验用到了__________科学方法，为了让砂桶的总重力表示绳子的拉力，应该满足_____________条件。
（4）该同学通过数据的处理作出了a−F图象，如图3所示，则图中直线不过原点的原因可能是_____。
4．为了探究物体质量一定时加速度与力的关系，某同学设计了如图1所示的实验装置，其中M为小车和小车上的滑轮的总质量，m为沙和沙桶的总质量，力传感器可测出轻绳中的拉力大小．
(1)下列实验操作中，一定要进行的是________．
A．用天平测出沙和沙桶的总质量
B．将带滑轮的长木板右端适当垫高，以平衡摩擦力
C．调整力传感器和定滑轮的高度，使连接它们的轻绳与长木板平行
D．为减小误差，一定要保证m远小于M
(2)该同学在实验中得到如图2所示的一条纸带(相邻两计数点间还有四个点没有画出)，已知打点计时器采用的是频率为50 Hz的交流电，根据纸带可求出小车的加速度为____________ m/s2(结果保留三位有效数字)．
(3)该同学以力传感器的示数F为横坐标，加速度a为纵坐标，画出的a－F图象是一条直线(图象没有画出)，求得图线的斜率为k，则小车和小车上的滑轮的总质量为________．
A. B．k C. D．2k
5．在“探究加速度与力、质量的关系”这一实验中：
(1)甲、乙两位同学根据实验数据画出的小车的加速度a与小车所受拉力F的图象分别为图(a)中的直线Ⅰ和直线Ⅱ，直线Ⅰ、Ⅱ在纵轴或横轴上的截距较大，明显超出了误差范围，下面给出了关于形成这两种情况原因的四种解释，其中可能正确的是________．
A．实验前甲同学没有平衡摩擦力
B．甲同学在平衡摩擦力时把长木板的末端抬得过高了
C．实验前乙同学没有平衡摩擦力
D．乙同学在平衡摩擦力时，把长木板的末端抬得过高了
(2)如图(b)给出了该次实验中从O点开始，每5个点取一个计数点的纸带(频率为50 Hz)，其中1，2，3，4，5都为计数点，其中x1＝1.41 cm，x2＝1.91 cm，x3＝2.39 cm，x4＝2.91 cm.由纸带数据计算可得计数点4所代表时刻的瞬时速度v4＝________m/s，小车的加速度a＝________m/s2.
6．某实验小组用如图1所示的装置探究质量一定时加速度与力的关系．用铁架台将两块固定有定滑轮的木板架起，木板的右端固定了两个打点计时器，将两个质量相等的小车A、B放置在木板右端，用细线绕过滑轮组后与两小车相连．两条纸带穿过打点计时器后分别与小车连接在一起．将两个打点计时器接在同一个电源上，确保可将它们同时打开或关闭．实验时，甲同学将两小车按住，乙同学先在动滑轮下方挂上一个钩码，再接通电源使打点计时器开始工作．打点稳定后，甲将两辆小车同时释放．在小车撞到定滑轮前，乙断开电源，两打点计时器同时停止工作，取下两条纸带，通过分析处理纸带记录的信息，可以求出两小车的加速度，进而完成实验．请回答以下问题：
(1)图2为小车A后面的纸带，纸带上的0，1，2，3，4，5，6为每隔4个打印点选取的计数点，相邻两计数点间的距离如图2中标注，单位为 cm.打点计时器所用电源的频率为50 Hz，则小车A的加速度a1＝________ m/s2(结果保留两位有效数字)，同样测出小车B的加速度a2，若a1∶a2近似等于________，就可说明质量一定的情况下，物体的加速度与力成正比．
(2)丙同学提出，不需测出两小车加速度的数值，只量出两条纸带上从第一个打印点到最后一个打印点间的距离x1、x2，也能完成实验探究，若x1∶x2近似等于________，也可说明质量一定的情况下，物体的加速度与力成正比，理由是____________________．
【过关检测】
1．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中:
（1）某同学将实验器材组装成如图所示的装置图，接通电源进行数据测量,该装置中的明显错误有（_____）
A.打点计时器的电源不应使用干电池,应使用交流电源
B．小车初始位置离打点计时器太远
C．小盘里不该放钩码
D．没有垫高木板平衡摩擦力
（2）改正实验装置后,该同学顺利地完成了实验。图中是他在实验中得到的一条纸带,图中相邻两计数点的时间间隔为0.1 s,由图中的数据可算得小车的加速度a为_______ m/s2。(结果保留两位有效数字)
（3）为保证绳子对小车的拉力约等于小盘和重物的总重力mg,小盘和重物的质量m与小车的质量M应满足的关系是_______。
2．为了探究质量一定时加速度与力的关系。一同学设计了如图甲所示的实验装置。其中为带滑轮的小车的质量，为砂和砂桶的质量。（滑轮质量不计）
（1）实验时，一定要进行的操作或保证的条件是_______。
A．用天平测出砂和砂桶的质量
B．将带滑轮的长木板右端垫高，以平衡摩擦力
C．小车靠近打点计时器，先释放小车，再接通电源，打出一条纸带，同时记录弹簧测力计的示数
D．改变砂和砂桶的质量，打出几条纸带
E.为减小误差，实验中一定要保证砂和砂桶的质量远小于小车的质量
（2）该同学在实验中得到如图乙所示的一条纸带（相邻两计数点间还有两个点没有画出），已知打点计时器采用的是频率为的交流电，根据纸带可求出小车的加速度为________（结果保留两位有效数字）。
（3）以弹簧测力计的示数为横坐标，加速度为纵坐标，画出的图象是一条直线，图线与横轴的夹角为，求得图线的斜率为，则小车的质量为______
A． B． C． D．。
3．某实验小组利用图示的装置探究加速度与力、质量的关系．
（1）下列做法正确的是 ________ （选填字母代号）．
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
（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”）
（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”）
4．图甲所示是小明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．
(1)小明用游标卡尺测量遮光条的宽度d.
(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c是_______(用文字表述)．滑块通过光电门的速度为____（用已知量表示）
(3)小亮同学认为：无需测出上述c和d，只要画出以F(力传感器示数)为横坐标、以____为纵坐标的图象就能直接反映加速度与力的关系．
(4)下列实验操作和要求必要的是________(请填写选项前对应的字母)．
A．应将气垫导轨调节水平
B．应测出钩码和力传感器的总质量
C．应使A位置与光电门间的距离适当大些
D．应使滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量
5．如图1所示，为“探究加速度与力、质量的关系”实验装置及数字化信息系统获得了小车加速度a与钩码的质量及小车和砝码的质量对应关系图．钩码的质量为m1，小车和砝码的质量为m2，重力加速度为g．
（1）下列说法正确的是______．
A．每次在小车上加减砝码时，应重新平衡摩擦力
B．实验时若用打点计时器应先释放小车后接通电源
C．本实验m2应远小于m1
D．在用图象探究加速度与质量关系时，应作a﹣图象
（2）实验时，某同学由于疏忽，遗漏了平衡摩擦力这一步骤，测得F=m1g，作出a﹣F图象，他可能作出图2中______ （选填“甲”、“乙”、“丙”）图线．此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是______．
A．小车与轨道之间存在摩擦
B．导轨保持了水平状态
C．钩码的总质量太大
D．所用小车的质量太大
（3）实验时，某同学遗漏了平衡摩擦力这一步骤，若轨道水平，他测量得到的﹣a图象，如图3．设图中直线的斜率为k，在纵轴上的截距为b，则小车与木板间的动摩擦因数μ=_____．
6．某同学用如图1所示的实验装置验证牛顿第二定律，请回答下列有关此实验的问题：
(1)该同学在实验前准备了图甲中所示的实验装置及下列辅助器材：其中不必要的器材是_______（填代号）．
A． 交流电源、导线 B． 天平（含配套砝码） C． 秒表 D． 刻度尺 E. 细线、砂和小砂桶
(2)打点计时器在小车拖动的纸带上打下一系列点迹，以此记录小车的运动情况．其中一部分纸带上的点迹情况如图2所示，已知打点计时器打点的时间间隔为0.02s，测得A点到B、C点的距离分别为x1=5.99cm、x2=13.69cm，小车做匀加速直线运动的加速度a=______m/s2.（结果保留三位有效数字）
(3)在验证“质量一定，加速度a与合外力F的关系”时，某学生根据实验数据作出了如图3所示的a-F图象，其中图线不过原点的原因是_______，图线在末端弯曲的原因是_____________．
7．在探究加速度与力、质量的关系实验中，采用如图所示的实验装置，小车及车中砝码的质量用M表示，盘及盘中砝码的质量用m表示，小车的加速度可由小车后拖动的纸带由打点计时器打上的点计算出。
（1）当M与m的大小关系满足______时，才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘及盘中砝码的重力。
（2）一组同学在做加速度与质量的关系实验时，保持盘及盘中砝码的质量一定，改变小车及车中砝码的质量，测出相应的加速度，采用图象法处理数据。为了比较容易地确定出加速度a与质量M的关系，应该作a与________的图象。
（3） 甲、乙同学用同一装置做实验，画出各自的a－F图线如图b所示，两个同学做实验时的哪一个物理量取值不同_______？
（4）为了消除小车与木板之间摩擦力的影响应采取的做法是______
A．将木板不带滑轮的一端适当垫高，使小车在钩码拉动下恰好做匀速运动
B．将木板带滑轮的一端适当垫高，使小车在钩码拉动下恰好做匀速运动
C．使木板不带滑轮的一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀速运动
D．使木板不带滑轮的一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车能够静止在木板上
8．如图所示为静宁一中两位同学探究“物体的加速度与其质量、所受合外力的关系”的实验装置图。
（1）实验中，两位同学安装好实验装置后，首先平衡摩擦力，他们将长木板的一端适当垫高一些后，在不挂砝码盘的情况下，使小车靠近打点计时器后，先接通电源，后用手轻拨小车，小车便拖动纸带在木板上自由运动。若打点计时器第一次在纸带上打出的计时点越来越稀疏（从打出的点的先后顺序看），则第二次打点前应将长木板底下的小木块垫的比原先更加_______（选填“高”或“低”）些；重复以上操作步骤，直到打点计时器在纸带上打出一系列___________的计时点，便说明平衡摩擦力合适。
（2）平衡摩擦力后，在____________的条件下，两位同学可以认为砝码盘（连同砝码）的总重力近似等于小车的所受的合外力。（已知小车的质量为M，砝码盘（连同砝码）的总质量为m）
（3）接下来，这两位同学先保持小车的质量不变的条件下，研究小车的加速度与受到的合外力的关系；图2为某次操作中打出的一条纸带，他们在纸带上标出了5个计数点，在相邻的两个计数点之间还有4个点未标出，图中数据的单位是cm。实验中使用的是频率f=50 Hz的交变电流。根据以上数据，可以算出小车的加速度a=________m/s2。（结果保留三位有效数字）
（4）然后，两位同学在保持小车受到的拉力不变的条件下，研究小车的加速度a与其质量M的关系。他们通过给小车中增加砝码来改变小车的质量M，得到小车的加速度a与质量M的数据，画出图线后，发现：当较大时，图线发生弯曲。于是，两位同学又对实验方案进行了进一步地修正，避免了图线的末端发生弯曲的现象，那么，两位同学的修正方案可能是____。
A．改画a与（M＋m）的关系图线
B．改画a与的关系图线
C．改画a与的关系图线
D．改画a与的关系图线
（5）实验桌上，具体的实验装置如图3所示；在砝码盘中放入适当的砝码后，将小车靠近打点计时器，接通电源后释放小车，打点计时器便在纸带上打出了一系列的点，并在保证小车的质量M、砝码（连同砝码盘）的质量m不变的情况下，多次进行实验打出了多条纸带，分别利用打出的多条纸带计算出了小车运动的加速度，并求出平均加速度，则小车与长木板间的动摩擦因数=________。（用m、M、g表示）
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