实验四 探究加速度与物体受力 物体质量的关系.pdf

实验四探究加速度与物体受力、物体质量的关系

实验知识·自主回顾

一、实验目的
1．学会用控制变量法研究物理规律。
2．学会灵活运用图像法处理物理问题。
3．探究加速度与力、质量的关系，并验证牛顿第二定律。
二、实验原理
如图所示，在探究加速度a与合力F及质量M的关系时，应用的基本方法是控制变量法，即先控制
小车的质量M不变，讨论加速度a与力F的关系；再控制小盘和盘中砝码的质量m不变，即力F不变，
改变小车的质量M，讨论加速度a与质量M的关系。

三、实验步骤
(1)称量质量：用天平测量小盘的质量和小车的质量M。
(2)安装器材：按图把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细绳系在小车上(即不给小车牵引力)。
(3)平衡摩擦力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块，使小车匀速下滑。这时，小车拖着
纸带运动时受到的摩擦阻力恰好与小车所受的重力沿斜面向下的分力平衡。
(4)小盘通过细绳绕过滑轮系于小车上，先接通电源后放开小车，取下纸带，编上号码。
(5)保持小车的质量M不变，改变小盘和盘中砝码的质量m，重复步骤(4)。
(6)保持小盘和盘中砝码的质量m不变，改变小车质量M，重复步骤(4)。
四、数据处理
(1)在“探究加速度与力的关系”实验中，以加速度a为纵坐标、力F为横坐标建立坐标系，根据各组
数据在坐标系中描点。如果这些点在一条过原点的直线上，说明a与F成正比；
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(2)在“探究加速度与质量的关系”实验中，“a与M成反比”实际上就是“a与成正比”，以为
Ma
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纵坐标、以为横坐标建立坐标系，如果－图线是一条过原点的直线，就能判断与成反比“化
MaMaM——
曲为直”法。
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注意：两个图像斜率的物理意义：－图线的斜率表示小车和车中砝码质量的倒数，即；－图线
aFMaM
的斜率表示小车受到的合力，即小盘和盘中砝码的重力mg。
五、注意事项
(1)平衡摩擦力中的“不重复”：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。
(2)操作中的“一先一后一按”：每次开始时小车应靠近打点计时器，并先接通电源，后放开小车，且
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应在小车碰到滑轮前按住小车。
(3)作图中的“拟合与舍弃”：要使尽可能多的点在一条直线上，不在直线上的点也要尽可能均匀地分
布在直线的两侧，遇到个别偏差较大的点应舍去。
六、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
M1
对象得F＝Ma；求得F＝·mg＝·mg<mg。
M＋mm
1＋
M
本实验用小盘和盘中砝码的重力mg代替小车所受的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于小盘和盘
中砝码的重力。小盘和砝码的总质量越小，由此引起的误差就越小。
(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
产生误差。

核心考点·重点突破

考点一教材原型实验
例1(2021·江苏高三专题练习)用如图所示的装置探究加速度与质量的关系，把右端带有滑轮的长木板
放在实验桌上，小车的左端连接穿过打点计时器的纸带，右端连接细线，细线绕过定滑轮挂有托盘和砝码，
通过垫块调节木板左端高度平衡摩擦力。

(1)下列实验操作中正确的有BD。
A．先释放小车后接通电源
B．调整定滑轮使细线与长木板平行
C．平衡摩擦力时必须移去纸带
D．平衡摩擦力时必须移去托盘和砝码
某次实验打出的一条纸带如图乙所示，测得计数点、、、与计数点间的距离分别为＝
(2)12340x13.60
、＝、＝、＝。已知打点计时器打点周期为，相邻计数点间有四个
cmx29.61cmx318.01cmx428.81cm0.02s
打点未画出，则小车的加速度a＝2.40(2.39～2.41均算对)m/s2(结果保留三位有效数字)。

(3)实验中保持托盘和砝码的总质量不变，改变小车和车内沙子的总质量M，进行实验打出纸带，算出

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1
相应的加速度，数据如下表所示，请在图丙中根据描出的点作出－图像图见解析；由图像可得出的结
aaM
论是合力一定时，当托盘和砝码的总质量远小于小车和车内沙子的总质量M时，小车和车内沙子的加速度
a与质量M成反比。
托盘和砝码总质量为20g

a(m·s－2)2.401.991.431.251.110.770.620.480.24
M/kg0.060.080.120.140.160.240.300.400.80
1
/(kg－1)16.6712.508.337.146.254.173.332.501.25
M

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(4)某小组在实验中作出－图像如图丁所示，图像斜率的物理意义是托盘和砝码的总重力的倒数；
aM
b
若图像纵截距为，斜率为，则托盘和砝码