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2018版高考物理配套课件：第三章 实验5 探究加速度与力、质量的关系
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这是一份2018版高考物理配套课件：第三章 实验5 探究加速度与力、质量的关系，共32页。PPT课件主要包含了考试标准，必考实验自清，必考题型突破，内容索引，合外力，a－F，打点计时器，低压交流电源，牵引力，匀速下滑等内容，欢迎下载使用。
1.实验原理(见实验原理图)(1)保持质量不变，探究加速度跟 的关系.(2)保持合外力不变，探究加速度与 的关系.(3)作出 图象和a－ 图象，确定其关系.2.实验器材小车、砝码、小盘、细绳、附有定滑轮的长木板、垫木、 、、导线两根、纸带、天平、 .
3.实验步骤(1)测量：用天平测量小盘和砝码的质量m′和小车的质量m.(2)安装：按照如实验原理图所示装置把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细绳系在小车上(即不给小车 ).(3)平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块，使小车能 .(4)操作：①小盘通过细绳绕过定滑轮系于小车上，先 后，取下纸带编号码.②保持小车的质量m不变，改变砝码和小盘的质量m′，重复步骤①.
③在每条纸带上选取一段比较理想的部分，测加速度a.④描点作图，作a－F的图象.⑤保持砝码和小盘的质量m′不变，改变小车质量m，重复步骤①和③，作a－ 图象.
1.注意事项(1)平衡摩擦力：适当垫高木板的右端，使小车的重力沿斜面方向的分力正好平衡 .在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细绳系在小车上，让小车拉着穿过打点计时器的纸带匀速运动.(2)不重复平衡摩擦力.(3)实验条件： .(4)一先一后一按：改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近 ，并应先接通电源，后释放小车，且应在小车到达滑轮前按住小车.
2.误差分析(1)因实验原理不完善引起的误差：本实验用小盘和砝码的总重力m′g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.(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.3.数据处理(1)利用逐差法求a.(2)以a为纵坐标，F为横坐标，根据各组数据描点，如果这些点在一条过原点的直线上，说明a与F成正比.
例1 某实验小组同学用如图1所示装置“探究加速度与力、质量的关系”.
命题点一 教材原型实验
(1)在研究物体加速度与力的关系时，保持不变的物理量是________(只需填A或B).A.小车质量B.塑料桶和桶中砝码的质量
解析 该实验采用了“控制变量法”，即在研究加速度与质量、力之间的关系时，要保持另一个物理量不变，因此在研究物体加速度与力的关系时，保持不变的物理量是小车的质量，故A正确，B错误.
(2)实验中，首先要平衡摩擦力，具体做法是________(只需填A或B).A.在塑料桶中添加砝码，使小车带着纸带匀速运动B.取下塑料桶，垫起长木板的一端，使小车带着纸带匀速运动
解析 为了使绳子的拉力等于小车的合外力，在进行实验之前要进行平衡摩擦力，具体做法是：适当垫高长木板不带定滑轮的一端，轻推未挂塑料桶的小车，恰使拖有纸带的小车匀速下滑.故A错误，B正确.
(3)实验中要使小车的质量________(填“远大于”或“远小于”)塑料桶和桶中砝码的质量，才能认为细绳对小车的拉力等于塑料桶和砝码的重力.
解析 设绳子上的拉力为F，对小车根据牛顿第二定律有：F＝Ma ①对塑料桶和砝码有：mg－F＝ma ②
由此可知当M≫m时，才能认为塑料桶和砝码的重力等于绳子的拉力.
1.在“探究加速度与力、质量的关系”实验时，已提供了小车、一端附有定滑轮的长木板、纸带、带小盘的细线、刻度尺、天平、导线.为了完成实验，还须从图2中选取实验器材，其名称是____________；并分别写出所选器材的作用________________.
解析 电磁打点计时器用来打点计时，以便测定加速度，要配备4～6 V学生电源(交流电源)为其供电，通过改变砝码个数来改变拉力大小.钩码放在小车上来调节小车质量.答案 学生电源、电磁打点计时器、钩码、砝码学生电源为电磁打点计时器提供交流电源；电磁打点计时器记录小车运动的位置和时间；钩码用以改变小车的质量；砝码用以改变小车受到拉力的大小，还可以用于测量小车的质量
2.在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，必须采用________法；为了探究加速度与力的关系，应保持________不变；为了直观地判断加速度a与力F的数量关系，应该作出________图象(选填“a－F”或“a－ ”).为了探究加速度与质量的关系，应保持________不变；为了直观地判断加速度a与质量m的数量关系，应作________图象(选填“a－m”或“a－ ”).
解析 为了探究加速度与力的关系，应保持m不变，为了直观地判断加速度a与力F的数量关系，应作出a－F图象.为了探究加速度与质量的关系，应保持F不变，为了直观地判断加速度a与质量m的数量关系，应作a－ 图象.
3.(2016·兴平市一模)在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，某小组同学实验时先正确平衡摩擦力，并利用钩码和小车之间连接的力传感器测出细线上的拉力，改变钩码的个数，确定加速度与细线上拉力F的关系.(1)下列图象中能表示该同学实验结果的是________.
解析 平衡摩擦力后，细线拉力等于合力，而加速度与合力成正比，其关系图线应该为直线，故选A；
(2)某次实验中打出如图3所示的纸带(打点计时器电源的频率为50 Hz)，则这个加速度值a＝________m/s2(计算结果保留两位有效数字)
例2 (2016·连云港模拟)用图4甲所示的装置探究加速度与力、质量之间的关系，图乙是其俯视图.两个相同的小车放在光滑水平板上，车左端各系一条细绳，绳跨过定滑轮各挂一个相同的小盘，盘中可放砝码.两个小车右端通过细线用夹子固定，打开夹子，小车在小盘和砝码的牵引下运动，合上夹子，两小车同时停止.实验中可以通过在车中放砝码改变小车的质量.
命题点二 拓展创新实验
(1)探究“加速度与质量之间的关系”时，应在小盘中放质量________(选填“相同”或“不相同”)的砝码；
解析 探究“加速度与质量之间的关系”时，要保证拉力不变，则应在小盘中放质量相同的砝码.
(2)实验中，两小车的加速度之比________(选填“大于”“等于”或“小于”)小车通过的位移之比.
4.(2016·宿迁模拟)在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，某同学使用了如图5甲所示的装置.在实验过程中：
(1)打点计时器应该与________(选填“交流”或“直流”)电源连接；在闭合开关前，将小车放置在_______________的一端(选填“靠近滑轮”或“靠近打点计时器”).
解析 打点计时器应该与交流电源连接，为充分利用纸带，应使小车停在靠近打点计时器处；
(2)在探究过程中，该同学打出了一条纸带，并在纸带上连续取几个计数点，如图乙所示.自A点起，相邻两点间的距离分别为10.0 mm、16.0 mm、22.0 mm、28.0 mm.已知相邻计数点间的时间间隔为0.1 s，则打D点时小车的速度为________m/s，整个过程中小车的平均加速度为________ m/s2.
根据题意可知，相邻两个计数点之间的距离之差Δx＝16.0 mm－10.0 mm＝22.0 mm－16.0 mm＝28.0 mm－22.0 mm＝6 mm
5.某同学利用如图6所示的装置进行“探究加速度与物体质量的关系”的实验.A为小车，B为打点计时器，C为装有砝码的小桶，D为一端带有定滑轮的长方形木板.实验时，保证砝码和小桶的总质量m不变，改变小车质量M，分别测得小车的加速度a与对应的质量M的数据如下表：
(1)根据上表数据，为进一步直观地反映F不变时，a与M的关系，在图7中选择适当的物理量为坐标轴建立坐标系，作出图线.
1.实验原理(见实验原理图)(1)保持质量不变，探究加速度跟 的关系.(2)保持合外力不变，探究加速度与 的关系.(3)作出 图象和a－ 图象，确定其关系.2.实验器材小车、砝码、小盘、细绳、附有定滑轮的长木板、垫木、 、、导线两根、纸带、天平、 .
3.实验步骤(1)测量：用天平测量小盘和砝码的质量m′和小车的质量m.(2)安装：按照如实验原理图所示装置把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细绳系在小车上(即不给小车 ).(3)平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块，使小车能 .(4)操作：①小盘通过细绳绕过定滑轮系于小车上，先 后，取下纸带编号码.②保持小车的质量m不变，改变砝码和小盘的质量m′，重复步骤①.
③在每条纸带上选取一段比较理想的部分，测加速度a.④描点作图，作a－F的图象.⑤保持砝码和小盘的质量m′不变，改变小车质量m，重复步骤①和③，作a－ 图象.
1.注意事项(1)平衡摩擦力：适当垫高木板的右端，使小车的重力沿斜面方向的分力正好平衡 .在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细绳系在小车上，让小车拉着穿过打点计时器的纸带匀速运动.(2)不重复平衡摩擦力.(3)实验条件： .(4)一先一后一按：改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近 ，并应先接通电源，后释放小车，且应在小车到达滑轮前按住小车.
2.误差分析(1)因实验原理不完善引起的误差：本实验用小盘和砝码的总重力m′g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.(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.3.数据处理(1)利用逐差法求a.(2)以a为纵坐标，F为横坐标，根据各组数据描点，如果这些点在一条过原点的直线上，说明a与F成正比.
例1 某实验小组同学用如图1所示装置“探究加速度与力、质量的关系”.
命题点一 教材原型实验
(1)在研究物体加速度与力的关系时，保持不变的物理量是________(只需填A或B).A.小车质量B.塑料桶和桶中砝码的质量
解析 该实验采用了“控制变量法”，即在研究加速度与质量、力之间的关系时，要保持另一个物理量不变，因此在研究物体加速度与力的关系时，保持不变的物理量是小车的质量，故A正确，B错误.
(2)实验中，首先要平衡摩擦力，具体做法是________(只需填A或B).A.在塑料桶中添加砝码，使小车带着纸带匀速运动B.取下塑料桶，垫起长木板的一端，使小车带着纸带匀速运动
解析 为了使绳子的拉力等于小车的合外力，在进行实验之前要进行平衡摩擦力，具体做法是：适当垫高长木板不带定滑轮的一端，轻推未挂塑料桶的小车，恰使拖有纸带的小车匀速下滑.故A错误，B正确.
(3)实验中要使小车的质量________(填“远大于”或“远小于”)塑料桶和桶中砝码的质量，才能认为细绳对小车的拉力等于塑料桶和砝码的重力.
解析 设绳子上的拉力为F，对小车根据牛顿第二定律有：F＝Ma ①对塑料桶和砝码有：mg－F＝ma ②
由此可知当M≫m时，才能认为塑料桶和砝码的重力等于绳子的拉力.
1.在“探究加速度与力、质量的关系”实验时，已提供了小车、一端附有定滑轮的长木板、纸带、带小盘的细线、刻度尺、天平、导线.为了完成实验，还须从图2中选取实验器材，其名称是____________；并分别写出所选器材的作用________________.
解析 电磁打点计时器用来打点计时，以便测定加速度，要配备4～6 V学生电源(交流电源)为其供电，通过改变砝码个数来改变拉力大小.钩码放在小车上来调节小车质量.答案 学生电源、电磁打点计时器、钩码、砝码学生电源为电磁打点计时器提供交流电源；电磁打点计时器记录小车运动的位置和时间；钩码用以改变小车的质量；砝码用以改变小车受到拉力的大小，还可以用于测量小车的质量
2.在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，必须采用________法；为了探究加速度与力的关系，应保持________不变；为了直观地判断加速度a与力F的数量关系，应该作出________图象(选填“a－F”或“a－ ”).为了探究加速度与质量的关系，应保持________不变；为了直观地判断加速度a与质量m的数量关系，应作________图象(选填“a－m”或“a－ ”).
解析 为了探究加速度与力的关系，应保持m不变，为了直观地判断加速度a与力F的数量关系，应作出a－F图象.为了探究加速度与质量的关系，应保持F不变，为了直观地判断加速度a与质量m的数量关系，应作a－ 图象.
3.(2016·兴平市一模)在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，某小组同学实验时先正确平衡摩擦力，并利用钩码和小车之间连接的力传感器测出细线上的拉力，改变钩码的个数，确定加速度与细线上拉力F的关系.(1)下列图象中能表示该同学实验结果的是________.
解析 平衡摩擦力后，细线拉力等于合力，而加速度与合力成正比，其关系图线应该为直线，故选A；
(2)某次实验中打出如图3所示的纸带(打点计时器电源的频率为50 Hz)，则这个加速度值a＝________m/s2(计算结果保留两位有效数字)
例2 (2016·连云港模拟)用图4甲所示的装置探究加速度与力、质量之间的关系，图乙是其俯视图.两个相同的小车放在光滑水平板上，车左端各系一条细绳，绳跨过定滑轮各挂一个相同的小盘，盘中可放砝码.两个小车右端通过细线用夹子固定，打开夹子，小车在小盘和砝码的牵引下运动，合上夹子，两小车同时停止.实验中可以通过在车中放砝码改变小车的质量.
命题点二 拓展创新实验
(1)探究“加速度与质量之间的关系”时，应在小盘中放质量________(选填“相同”或“不相同”)的砝码；
解析 探究“加速度与质量之间的关系”时，要保证拉力不变，则应在小盘中放质量相同的砝码.
(2)实验中，两小车的加速度之比________(选填“大于”“等于”或“小于”)小车通过的位移之比.
4.(2016·宿迁模拟)在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，某同学使用了如图5甲所示的装置.在实验过程中：
(1)打点计时器应该与________(选填“交流”或“直流”)电源连接；在闭合开关前，将小车放置在_______________的一端(选填“靠近滑轮”或“靠近打点计时器”).
解析 打点计时器应该与交流电源连接，为充分利用纸带，应使小车停在靠近打点计时器处；
(2)在探究过程中，该同学打出了一条纸带，并在纸带上连续取几个计数点，如图乙所示.自A点起，相邻两点间的距离分别为10.0 mm、16.0 mm、22.0 mm、28.0 mm.已知相邻计数点间的时间间隔为0.1 s，则打D点时小车的速度为________m/s，整个过程中小车的平均加速度为________ m/s2.
根据题意可知，相邻两个计数点之间的距离之差Δx＝16.0 mm－10.0 mm＝22.0 mm－16.0 mm＝28.0 mm－22.0 mm＝6 mm
5.某同学利用如图6所示的装置进行“探究加速度与物体质量的关系”的实验.A为小车，B为打点计时器，C为装有砝码的小桶，D为一端带有定滑轮的长方形木板.实验时，保证砝码和小桶的总质量m不变，改变小车质量M，分别测得小车的加速度a与对应的质量M的数据如下表：
(1)根据上表数据，为进一步直观地反映F不变时，a与M的关系，在图7中选择适当的物理量为坐标轴建立坐标系，作出图线.
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