第九天 实验：探究加速度与力、质量的关系（原卷版）.docx

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1、第九天实验：探究加速度与力、质量的关系1、验证加速度与力成正比的实验步骤、数据处理与误差分析;2、验证加速度与力成正比的实验步骤、数据处理与误差分析;3、验证牛顿第二定律实验图像的解读；4、验证牛顿第二定律实验方法的改进。focus亘考考点常考考点真题举例验证加速度与力成正比的实验步骤、数据处理与误差分析2022.山东.高考真题验证加速度与质量成反比的实验步骤、数据处理与误差分析2013天津高考真题验证加速度与质量成反比的实验步骤、数据处理与误差分析2021.北京.高考真题验证牛顿第二定律实验方法的改进2021湖南高考真题验证牛顿第二定律实验图像的解读2020.北京.高考真题IlfSSE知识点

2、1：探究加速度与力、质量的关系【实验目的】探究加速度与力、质量的关系；掌握利用实验数据制作图像分析数据的方法；学会运用控制变 量法探究物理规律。【实验原理】保持小车质量不变，通过改变槽码的个数改变小车所受的拉力。小车所受的拉力可认为与槽码 所受的重力相等。测得不同拉力下小车运动的加速度，探究加速度与力的关系。保持小车所受的拉力不变，通过在小车上增加重物改变小车的质量。测得不同质量的小车在这 个拉力下运动的加速度，探究加速度与质量的关系。【实验器材】小车、打点计时器、纸带、刻度尺、天平、祛码、槽码、一端带有滑轮的长木板、细线等【实验测量的物理量】小车的质量（可以用天平测量质量）；加速度的测量（法

3、1：小车做初速度为零的匀加速直线运动，则可用刻度尺测量位移X和秒表测 量时间看,然后由公式。二（2x加2算出加速度；法2：将打点计时器的纸带连在小车上，根据纸带上打 出的点来测量加速度；法3：因为我们探究的是加速度与其他物理量之间的比例关系，因此测量不 同情况下物体加速度的比值，测出两个初速度为零的匀加速运动在相同时间内发生的位移XI、X2, 位移之比就是加速度之比XX2=。/。2）力的测量：平衡摩擦力并满足重物的质量远小于小车的质量时，可以用细绳所挂重物的重力代 替小车所受的合外力。【数据步骤】用天平测出小车和槽码的质量。按照上面实验装置图安装好实验装置，小车不洗细绳，安装纸带。平衡摩擦力（

4、方法：在长木板无滑轮一端抬高，移动垫木位置到打点计时器正常工作在纸带 上所打的点出现相邻点间距相等的现象时停止，固定好位置，如下图所示。目的：使重力的分力与 摩擦力平衡，让细绳拉小车的力等于小车所受的合外力）先打开计时器电源，再释放小车，得到纸带并在纸带上标记号码，记下槽码的重量。改变槽码的重量，重复以上的步骤几次。控制槽码质量不变，改变小车质量，再测几组数据。设计表格，记录实验数据，表格形式如下：拉力F加速度a质量m加速度a探究加速度与力的关系，以加速度为纵坐标，力为横坐标建立直角坐标系，根据以上实验数据 在图上描点，并用光滑的直线将点连接起来，如下图所示：探究加速度与质量的关系，以加速度为

5、纵坐标，质量为横坐标建立直角坐标系，根据以上实验 数据在图上描点，并用光滑的曲线将点连接起来，如下图所示：由于上图为双曲线，说明加速度与质量成反比，可用加速度为纵坐标，质量的倒数为横坐标作 图，如下图所示：【实验结论】保持物体质量M不变时，物体的加速度。与所受力尸成正比.。保持力尸不变时，物体的加速度。与质量成反比。【实验注意事项】打点前小车应靠近打点计时器且应先接通电源后释放小车；在平衡摩擦力时，不要悬挂槽盘，但小车应连着纸带且接通电源。改变槽码的质量的过程中，要始终保证槽码的质量远小于小车的质量。作图时应使所作的直线通过尽可能多的点，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

6、到个别偏离较远的点可舍去。【误差分析】平衡摩擦力操作不当，将有以下两种情况出现：斜面倾角太小，平衡摩擦力不足，加速度与力、质量的倒数的图像如下图所示:斜面倾角太大，平衡摩擦力过度，加速度与力、质量的倒数的图像如下图所示:槽码的质量不能远小于小车的质量，即所挂槽码的质量太大时，加速度与力的图像中曲线的 斜率会不断减小，如下图所示：分析：由相g - Ma = maf由此可得分=Mmg Zmg,只有在m M时，才有方M +m I mMAa =eg一_ = _J,则机越大时，其差值也越大。m m- M(l)质量测量、长度测量中也存在偶然误差，可通过多次测量取平均值的方法来减小误差。作图时存在误差。【实

7、验改进】利用气垫导轨进行实验，实验装置图如下：利用弹簧测量计或者力传感器直接测量合外力的大小，加速度可由纸带上的点计算得出，合外 力由弹簧测力计测出来。实验装置图如下:fttbD-u打点计打点计时器纸他 / J k接交流电源I力传感器砂桶利用光电门测量加速度,利用光电门测出滑块通过G1、G2的速度VI、V2,根据1/2=2以求出加速度。实验装置图如下:利用位移传感器测位移，测出两个初速度为零的匀加速直线运动在相同时间内发生的位移莅、X2,则位移之比等于加速度之比，即M = 工。实验装置图如下:2%2位移传感?（发射器）位移传感器（接收器）:钩码轨道气垫导轨代替长木板，无需平衡摩擦力;光电门可以

8、测量瞬时速度，进而通过位移可测量加速度;利用弹簧测力计或者力传感器时不必保证槽码的质量远大于小车的质量。各地高考题1. （2022.山东.统考高考真题）在天宫课堂中、我国航天员演示了利用牛顿第二定律测量物体质量 的实验。受此启发。某同学利用气垫导轨、力传感器、无线加速度传感器、轻弹簧和待测物体等器 材设计了测量物体质量的实验，如图甲所示。主要步骤如下：将力传感器固定在气垫导轨左端支架上，加速度传感器固定在滑块上；接通气源。放上滑块。调平气垫导轨；图甲将弹簧左端连接力传感器，右端连接滑块。弹簧处于原长时滑块左端位于。点。A点到O点的距离为5.00cm,拉动滑块使其左端处于A点，由静止释放并开始计

9、时；计算机采集获取数据，得到滑块所受弹力尸、加速度。随时间变化的图像，部分图像如图乙所示。a(ms2)图丙回答以下问题(结果均保留两位有效数字)：(1)弹簧的劲度系数为Nm0(2)该同学从图乙中提取某些时刻尸与。的数据，画出。尸图像如图丙中I所示，由此可得滑块与加速度传感器的总质量为 kg O(3)该同学在滑块上增加待测物体，重复上述实验步骤，在图丙中画出新的一方图像,则待测物体的质量为 kg o2. (2013.天津.高考真题)某实验小组利用图示的装置探究加速度与力、质量的关系。接电源打点计时器纸带木块/ /带滑轮的长木板细绳祛码桶(1)下列做法正确的是()A.调节滑轮的高度，使牵引木块的细

10、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，将装有祛码的祛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.通过增减木块上的祛码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度 (2)为使祛码桶及桶内祛码的总重力在数值上近似等于木块运动时受到的拉力，应满足的条件是祛 码桶及桶内祛码的总质量 木块和木块上祛码的总质量.（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，木块上均不放祛码，在没 有平衡摩擦力的情况下，研究加速度。与拉力厂的关系，分别得到图中甲、乙两条直线.设甲、乙 用的木块质量分别为机用、机乙，

11、甲、乙用的木块与木板间的动摩擦因数分别为尹、,，由图可知， m甲 m乙，n甲乙。（填“大于小于或等于）3. （2021.北京.高考真题）物理实验一般都涉及实验目的、实验原理、实验仪器、实验方法、实验操作、数据分析等。例如：（1）实验仪器。用游标卡尺测某金属管的内径，示数如图1所示。则该金属管的内径为 mm03 主尺 4 cmI I I I I I I I I I I I II I I I I I I I I I I0游标尺10图1（2）数据分析。打点计时器在随物体做匀变速直线运动的纸带上打点，其中一部分如图2所示，C。为纸带上标出的连续3个计数点，相邻计数点之间还有4个计时点没有标出。打点计时

12、器接在 频率为50HZ的交流电源上。则打C点时，纸带运动的速度VC二 m/s （结果保留小数点后两 位）。I BC JIIIIWIIIMIIIIIIWII川 WIlIll 川lll 帆 WIIIlIlIIIIlIIMWIlIl 川川 I川 WIIIl 川川 I川Ih )23 456789 K) 11 12 13Cml/图2（3）实验原理。图3为“探究加速度与力的关系”的实验装置示意图。认为桶和砂所受的重力等于使 小车做匀加速直线运动的合力。实验中平衡了摩擦力后，要求桶和砂的总质量相比小车质量小得 多。请分析说明这个要求的理由。（ ）4. (2021.湖南.高考真题)某实验小组利用图(a)所示装

13、置探究加速度与物体所受合外力的关系。主要实验步骤如下:(1)用游标卡尺测量垫块厚度或 示数如图(b)所示，h=cm.(2)接通气泵，将滑块轻放在气垫导轨上，调节导轨至水平；(3)在右支点下放一垫块，改变气垫导轨的倾斜角度；(4)在气垫导轨合适位置释放滑块，记录垫块个数和滑块对应的加速度。；(5)在右支点下增加垫块个数(垫块完全相同)，重复步骤(4),记录数据如下表:图(C)n123456(ms-2)0.0870.1800.2600.4250.519根据表中数据在图(C)上描点，绘制图线如果表中缺少的第4组数据是正确的，其应该是 m/s?（保留三位有效数字）。5. （2020.北京统考高考真题）

14、在“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”实验中，做如下探究:（1）为猜想加速度与质量的关系，可利用图1所示装置进行对比实验。两小车放在水平板上，前端 通过钩码牵引，后端各系一条细线，用板擦把两条细线按在桌上，使小车静止。抬起板擦，小车同 时运动，一段时间后按下板擦，小车同时停下。对比两小车的位移，可知加速度与质量大致成反比。 关于实验条件，下列正确的是： （选填选项前的字母）。A.小车质量相同，钩码质量不同B.小车质量不同，钩码质量相同C.小车质量不同，钩码质量不同0 二M俯视图（2）某同学为了定量验证中得到的初步关系，设计实验并得到小车加速度与质量的7组实验数据，如下表所示。在图2所示的坐标纸上已经描好了6组数据点，请将余下的一组数据描在坐0.60.50.40.2342图2（3）在探究加速度与力的关系实验之前，需要思考标纸上，并作出T图像次数1234567ams20.620.560.480.400.320.240.15M kg0.250.290.330.400.500.711.00如何测“力”。请在图3中画出小车受力的示意图。为了