专题0 4探究加速度与力、质量的关系考纲解读1 .学会用控制变量法研究物理规律.2.学会灵活运用图象法处理物理问题的方法.3.3.探究加速度与力、质量的关系，并验证牛顿第二定律,实验装置【实验原理】(1)保持质量不变，探究加速度跟合外力的关系。(2)保持合外力不变，探究加速度与质量的关系。I(3)作出a-F 图象和 一蓝图象，确定其关系。【实验器材】小车、硬码、小盘、细绳、附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、低压交流电源、导线两根、纸带、天平、米尺。【实验步骤】(1)测量：用天平测量小盘和碳码的质量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(即不给小车牵引力)；(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，使小车能匀速下滑；(4)操作：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，取下纸带编号码；保持小车的质量m 不变，改变磋码和小盘的质量丑，重复步骤；在每条纸带上选取一段比较理想的部分，测加速度a；描点作图，作a-F 的图象；保持祛码和小盘的质量不变，改变小车质量m,重复步骤和，作 a-1/m 图象。规律方法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小车和纸带受到的阻力.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时器的纸带匀速运动。(2)不重复平衡摩擦力。(3)实验条件：m m o(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打点计时器，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：本实验用小盘和磋码的总重力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碳码的总重力。(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A x=a T 2及逐差法求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。(3)以a 为纵坐标，1/m 为横坐标，描点、连线，如果该线为过原点的直线，就能判定a与 m 成反比。考向指导考向一实验原理与实验操作【例题1】在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，采用如图甲所示的装置(g 取 1 0 m/s 2)。甲（1）除了图中所给器材以及刻度尺、交流电源和导线外，在下列器材中，还必须使用的器材是。（选填正确选项的字母）A.秒表 B.天 平（含破码）（2）实验前平衡摩擦力的做法是：把实验器材安装好，先不挂硬码盘，将小车放在木板上,后面固定一条纸带，纸带穿过打点计时器。用垫块把木板一端垫高，接通打点计时器，让小车以一定初速度沿木板向下运动，并不断调节木板的倾斜度，直到打出的纸带点迹间隔（选填“均匀”或“逐渐增加”），说明摩擦力已被平衡。（3）在某次实验中，打出了一条纸带如图乙所示，计时器打点的时间间隔为T,则5 点时的速度v二，小 车 加 速 度 的 大 小 为（结果用T 和与、x,、均表示）D-1 Z J 4（4）若不断增加祛码的质量，则小车的加速度大小将趋近于某一极限值，此极限值为o考向二数据处理与误差分析【例题2】在“探究加速度与力、质量的关系”实验中：（1）某同学将实验装置按图甲所示安装好，不挂细线与破码盘，轻推小车，打点计时器打出纸带及纸带运动方向如图乙所示，则 应 将 垫 块 适 当 （选填“左移”或“右移”）以平衡摩擦力。（2）平衡摩擦力后，实验得到一条纸带，纸带上按时间顺序选取0、A、B、C、。五个计数点,相邻的两计数点之间还有4 个点未画出，如图丙所示。已知打点计时器的打点周期为0.02s,则 小 车 加 速 度 大 小m/s2（结果保留2 位小数）。乙（3）在研究加速度与质量的关系时,跌码和磋码盘的质量为机保持不变。小车的总质量为M,改变M 进行多次实验，测得对应的小车加速度大小。，作出。和 一的图线，合理的应M+mB.D.考向三实验拓展与创新【例题3】某同学利用图1所示装置研究“滑块质量一定时，加速度与合外力的关系实验步骤如下：（1）将气垫导轨一侧用升降台（图中未画出）垫高，固定弹簧测力计一端，另一端用细线拉住滑块，滑块静止在气垫导轨的某一位置，调整细线与气垫导轨平行，记下弹簧测力计的示数歹如图2 所示，则尸=N。0 0-（2）保持滑块质量不变，撤去细线，让滑块由静止开始下滑，设滑块受到的合外力为凡则F=N。某次实验中通过速度传感器得到滑块运动的V-/图像如图3 所示，可知滑块的加速度为 向铲（结果保留2 位有效数字）。（3）改变气垫导轨的倾角，重复上述步骤可测出多组尸、。数据，作出aF 图像如图4 所示，由图可知该滑块的质量为 kg（结果保留2 位有效数字）。典题精练1.小华采用了如图（a）所示的装置探究空气阻力与物体运动速度关系。（1）图（b）中所示是（填“A”或B”）A.电磁打点计时器 B.电火花计时器（2）首先将未安装薄板的小车置于带有定滑轮的木板上，然后将纸带穿过打点计时器与小车相连。平衡摩擦力后进行实验，打出的纸带如图（c）所示，在纸带上标出了 5 个计数点，相邻两个计数点之间还有4 个点未标出。已知打点计时器的打点周期为0.02s,则打下计数点2时小车速度片 m/s,小车加速度a=m/s2o（结果均保留2 位小数）单位：cm0 i 2 3 45 8.0 5-12.59-17.46图（0（3）保持小车和钩码的质量不变，在小车上安装一薄板。实验近似得到的某时刻起小车v图 像 如 图（d）所示，由 图 像 可 知 小 车 运 动 过 程 中 受 到 的 阻 力 大 小 （填 逐渐变大”、“保持不变”或“逐渐变小”），据此可以得到的实验结论是2.下图为验证牛顿第二定律的实验装置示意图。图中打点计时器的电源频率为50Hz的交流电源，打点的时间间隔用T 表示。在小车质量未知的情况下，某同学设计了一种方法用来探究“在外力一定的条件下，物体的加速度与其质量间的关系（1）完成下列实验步骤中的空格部分：补偿小车所受的阻力：撤去小吊盘，调整木板右端的高度，用手轻推小车，直到打点计时器在纸带上打出一系列 的点。（填“均匀”或“不均匀”）按住小车，在小吊盘中放入适当质量的物块（小吊盘和物块的总质量比小车的质量小得多），在小车中放入祛码。打开打点计时器电源，释放小车，获得带有点的纸带，在纸带上标出小车中碳码的质量mo按住小车，改变小车中祛码的质量，重复步骤.在每条纸带上清晰的部分，每 5 个间隔标注一个计数点。测量相邻计数点的间距S,S 1 2求出与不同相相对应的加速度 O以跌码的质量相为横坐标，2 为纵坐标，在坐标纸上作出L-W 关系图线。若加速度与小车a a和祛码的总质量成反比，则!与加应成 关 系（填“线性”或“非线性”）。a（2）完成下列的问题：AB C D E 2.4Q 卜 2.89”卜 3.39 3.90 I 单位：（i）上图为实验过程中的某一条纸带，由此可知小车的加速度。=m/s2（结果保留2 位有效数字）。（ii）下图为根据实验测得数据绘制的图像。设图中直线的斜率为3在纵轴上的截距为b,若牛顿第二定律成立，则 小 车 受 到 的 拉 力 为，小车的质量为。3.为了探究物体质量一定时加速度与力的关系，小明同学设计了如图（a）所示的实验装置，其中M 为小车的质量，机为砂和砂桶的总质量，机为滑轮的质量，力传感器可测出轻绳中的0（1）下列关于实验操作说法正确的是A.需要用天平测砂和砂桶的总质量机B.需要保证细线与木板平行C.需要先释放小车，再接通电源 D.需要平衡小车所受滑动摩擦力（2）为 了 完 成 该 实 验 （填“需要”或“不需要”）使砂和砂桶的总质量远小于小车的质量。（3）某次实验得到如图（b）所示的纸带，已知打点计时器使用的交流电源频率为50Hz,相邻两计数点间还有四个点未画出，则。点速度为 m/s,小车运动的加速度大小为m/s2（结果均保留三位有效数字）；4.0-2单位：cm0(b)（4）由实验得到小车加速度。与力传感器示数尸的关系如图（c）所示，图线未过坐标原点的原因是,由图可知小车的质量为 kg。4.如图，为验证牛顿第二定律的实验装置示意图，连接在小车后面的纸带穿过电火花打点计时器，小车和挂在竖直面内的拉力传感器，用一条柔软的轻绳通过光滑的定滑轮和动滑轮连接起来，拉力传感器是一种将物理信号转变为可测量的电信号装置，用于测小车受到拉力的拉力传感器电火花打木板（1）在安装实验器材时，要调整定滑轮的高度，使拴小车的轻绳与木板平行。这样做的目的是（选填字母代号）。A.防止打点计时器在纸带上打出的点痕不清晰B.保证小车最终能够实现匀速直线运动C.在平衡摩擦力后使轻绳拉力等于小车受到的合力D.防止小车在木板上的运动过程中发生抖动（2）实验中（选填“需要”或“不需要”）满足所挂钩码质量机远小于小车质量又。（3）第一实验小组在实验中得到了一条纸带，用毫米刻度尺测量并在纸带上标出了这部分的长度，相邻两计数点间的距离如图所示，相邻两计数点间还有4 个计时点未标出，已知打点计时器使用的低压交流电源的频率为50Hz,根据图中数据计算出在纸带上打下5 点时的速度为 m/s,纸带的加速度大小为 m/sz（计算结果均保留两位有效数字）。（4）第二实验小组根据测量数据作出的a-尸图像，如图所示，该组同学做实验时存在的问题是 o5.用图示装置做“探究加速度与物体所受合力的关系”实验，在水平放置的气垫导轨上安装了两个光电门1、2,滑块上固定一遮光条，滑块通过绕过两个滑轮的细绳与弹簧测力计相连，实验时改变钩码的质量，读出弹簧测力计的示数，不计细绳与滑轮之间的摩擦力和滑轮的质量。（1）该实验（选填“需要”或“不需要”）测量钩码的质量；该实验（选填“需要”或“不需要”）钩码的质量远小于滑块（含遮光条）的质量。（2）若弹簧测力计示数为尸，则滑块所受合力为;若气垫导轨充气不足，导轨与滑块间的摩擦力不可忽略，得 出 滑 块（含遮光条）的加速度。与弹簧测力计示数尸的图像可能是_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _C.（3）若作出的尸图像中图线的斜率为k,则 滑 块（含遮光条）的质量为（用题中所给的字母表示）。