高中物理人教版 (2019)必修 第一册第四章 运动和力的关系2 实验：探究加速度与力、质量的关系获奖课件ppt

4.2实验：探究加速度与力、质量的关系

Ⅰ. 基础达标

1.利用如图所示的装置“探究加速度与力、质量的关系”，下列说法中正确的是(　　)

A.保持小车所受拉力不变，只改变小车的质量，就可以探究加速度与力、质量的关系

B.保持小车质量不变，只改变小车的拉力，就可以探究加速度与力、质量之间的关系

C.先保持小车所受拉力不变，研究加速度与力的关系；再保持小车质量不变，研究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度与力、质量的关系

D.先保持小车质量不变，研究加速度与力的关系；再保持小车受力不变，研究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度与力、质量的关系

答案　D

解析　该实验采用的是控制变量法，即保持一个量不变，研究其他两个量之间的关系.在探究加速度与质量的关系时，应保持拉力的大小不变，在探究加速度与力的关系时，应保持质量不变，最后归纳出加速度与力、质量的关系，A、B、C错误，D正确.

2.在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，为了消除打点计时器和木板对小车阻力的影响，关于该操作环节，下列四种装置图中正确的是(　　)

答案　B

解析　依靠重力来平衡阻力，同时阻力包含纸带与打点计时器之间的摩擦力，故操作为：需要在小车上连上纸带，但是不能挂重物，把打点计时器所在的一端垫高.故B正确，A、C、D错误.

3.(1)在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，某同学组装了如图所示的装置.

①图示实验装置中除未平衡摩擦力外，还有一处错误是________；

②关于平衡摩擦力的操作过程，下列说法正确的是________.(填字母代号)

A.应将长木板的右端适当垫高

B.应将重物通过细线与小车相连

C.应将纸带穿过打点计时器并与小车相连

D.如果小车能在长木板上保持静止，就表明已经平衡摩擦力

(2)如图为某次实验所得的纸带，E点在刻度尺上的读数为______ cm，可求出该条纸带的加速度为______ m/s2.(结果保留两位有效数字)

答案　(1)①拉小车的细绳没有与长木板平行　②AC

(2)3.80　0.20

解析　(1)①实验要求拉力是平行于长木板方向的，题图中拉小车的细绳没有与长木板平行.

②平衡摩擦力正确的操作：纸带穿过打点计时器并与小车相连，将长木板的右端适当垫高，轻推小车，如果纸带上的点迹均匀分布，说明小车做匀速直线运动，代表摩擦力已经平衡.

(2)读数为3.80 cm.由题图中数据可知CD＝1.10 cm，DE＝1.30 cm，EF＝1.50 cm，FG＝1.70 cm，GH＝1.90 cm，HI＝2.10 cm，则根据Δx＝aT2得出a＝0.20 m/s2.

4.“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图甲所示.

 (1)在平衡小车与长木板之间摩擦力的过程中，打出了一条纸带如图乙所示.计时器打点的时间间隔为0.02 s，从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，测量并标出相邻计数点之间的距离，该小车的加速度a＝________ m/s2.

(2)平衡摩擦力后，将5个相同的砝码都放在小车上.挂上砝码盘，然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中，测量小车的加速度.小车的加速度a与砝码盘中砝码总重力F的实验数据如下表：

请根据实验数据在如图所示坐标系中作出a－F的关系图象.

 (3)本实验已正确平衡摩擦力，根据提供的实验数据作出的a－F图线不通过原点，主要原因是________________________________.

答案　(1)0.16

(2)见解析图

(3)计算F时忘记加入砝码盘的重力

解析　(1)由题意可知计数点间的时间间隔T＝5T0＝0.1 s.

由题图乙可知Δx＝0.16 cm＝1.6×10－3 m，由Δx＝aT2可得a＝0.16 m/s2.

(2)a－F图线如图所示.

(3)平衡小车与长木板之间的摩擦力后，a－F图象仍不通过原点，是由于在计算F时忘记加入砝码盘的重力，使作出的图象向左平移.

5.两个相同的小车并排放在光滑水平桌面上，小车前端系上细线，线的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘里分别放有不同质量的砝码(如图甲).小车所受的水平拉力F的大小可以认为等于砝码(包括砝码盘)所受的重力大小.小车后端也系有细线，用一只夹子夹住两根细线(图乙)，控制两辆小车同时开始运动和结束运动.

由于两个小车初速度都是零，运动时间又相同，因为x＝at2，即x∝a，所以只要测出两小车位移x之比就等于测出它们的加速度a之比.

实验结果是：当两小车质量相同时，________________；当拉力F相等时，_________________.实验中用砝码(包括砝码盘)所受的重力G＝mg的大小作为小车所受拉力F的大小，这样做会引起实验误差，为了减小这个误差，G与小车所受重力Mg之间需要满足的关系是：______.

答案　加速度与拉力成正比　加速度与质量成反比　G≪Mg

解析　实验过程中，当两小车质量相同时，砝码(包括砝码盘)重力越大，相同时间内位移越大，则加速度越大，进行实验时会发现，加速度与所受拉力成正比；若砝码重力不变，即拉力不变时，质量越大的小车，相同时间内位移越小，即加速度越小，进行测量分析知，加速度与质量成反比.如果砝码(包括砝码盘)的重力G远小于小车的重力Mg时，G近似等于拉力F.

Ⅱ. 能力提升

6.(1)用如图所示的装置“研究在作用力F一定时，小车的加速度a与小车(含砝码)质量M的关系”，甲同学设计的实验步骤如下：

A.用天平称出小车和小桶及内部所装砂子的质量

B.按图装好实验器材

C.把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂小桶

D.将电磁打点计时器接在6 V电压的蓄电池上，接通电源，释放小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，并在纸带上标明小车质量

E.保持小桶及其中砂子的质量不变，增加小车上的砝码个数，并记录每次增加后的M值，重复上述实验

F.分析每条纸带，测量并计算出加速度的值

G.作a－M关系图象，并由图象确定a与M的关系

①甲同学漏掉的重要实验步骤是________，该步骤应排在步骤________之后.

②在上述步骤中，有错误的是步骤____________，应把________改为____________.

③在上述步骤中，处理不恰当的是步骤________，应把________改为________.

(2)乙同学根据实验要求安装的实验装置如图(图为已接通电源刚要释放小车的情况)，请改正乙同学的五个错误.

①电源________；

②电磁打点计时器位置________；

③滑轮位置________；

④小车位置________；

⑤长木板________.

答案　(1)①平衡摩擦力　B　②D　6 V电压的蓄电池　6 V以下的交流电源　③G　a－M图象　a－图象

(2)①应用6 V以下的交流电源　②应靠右端　③应使细绳平行于木板　④应靠近打点计时器　⑤应垫高右端以平衡摩擦力

解析　(1)实验中把小桶及其中砂子的重力之和看成与小车所受拉力大小相等，没有考虑摩擦力，故必须平衡摩擦力且应排在步骤B之后.电磁打点计时器接在6 V电压的蓄电池上将无法工作，必须接在6 V以下交流电源上.作a－M关系图象，得到的是曲线，很难进行正确的判断，必须“化曲为直”，改作a－关系图象.

(2)电磁打点计时器应使用低压(6 V以下)交流电源，且要固定在长木板无滑轮的一端，即应靠右端；释放小车时，小车应靠近打点计时器；连接小车的细绳应平行于木板，故应调节滑轮位置使细绳平行于木板；实验时应平衡摩擦力，使小车所受重力沿木板方向的分力与小车所受摩擦力平衡，故应垫高长木板右端以平衡摩擦力.