資源簡介

第四章第2節　探究加速度與力、質量的關系
(分值:50分)
溫馨提示:此系列題卡,非選擇題每空2分,分值不同題空另行標注
選擇題1題9分。
1.(多選)(2024·荊州中學高一月考)在“探究加速度與力、質量的關系”的實驗中,下列說法正確的是 (　　)
在平衡阻力時,應將砝碼盤及盤內砝碼通過定滑輪用細繩拴在小車上
連接砝碼盤和小車的細繩應與長木板平行
平衡阻力后,長木板的位置不能移動,每次改變小車質量時,應重新平衡阻力
小車釋放前應靠近打點計時器,且應先接通電源,再釋放小車
2.(5分)某同學在做“探究加速度與力、質量的關系”的實驗時,如圖所示是已接通電源正要釋放小車時的情況,請你改正該同學的五個差錯。
(1)電源 　(1分)。
(2)電火花打點計時器位置 　(1分)。
(3)滑輪位置 　(1分)。
(4)小車位置 　(1分)。
(5)長木板 　(1分)。
3.(6分)(教科版必修第一冊P111自我評價T1改編)在“探究加速度與力、質量的關系”活動中,某小組設計了如圖所示的實驗裝置。圖中上、下兩層水平軌道表面光滑,兩小車前端系上細線,細線跨過滑輪并掛上砝碼盤,兩小車尾部細線連到控制裝置上,實驗時通過控制裝置使兩小車同時開始運動,然后同時停止。
(1)在安裝實驗裝置時,應調整滑輪的高度,使　　　　;在實驗時,為減小系統誤差,應使砝碼盤和砝碼的總質量　　　　(選填“遠大于”“遠小于”或“等于”)小車的質量。
(2)本實驗通過比較兩小車的位移來比較小車加速度的大小,能這樣比較,是因為 　
　。
4.(10分)(2024·四川眉山高一統考期末)在“探究加速度與力、質量的關系”的實驗中,采用如圖甲所示的實驗裝置,實驗中M表示小車的質量,m表示砝碼與砝碼盤的總質量。
(1)實驗中在木板的一端墊木塊,調節木塊的位置,使木板適當傾斜一定角度,使小車在不受拉力作用下拖動紙帶做　　　　運動,這樣做的目的是為了平衡阻力;若認為輕繩的拉力F的大小等于砝碼與砝碼盤的總重力,則　　　　(選填“需要”或“不需要”)滿足M m的條件。
(2)實驗小組保持小車的　　　　不變,做探究其加速度與合外力之間的關系。
(3)實驗中改變砝碼的質量,進行多次測量,記錄數據,以a為縱坐標,F為橫坐標,作出了加速度a隨拉力F的變化關系圖,如圖乙所示,發現圖中直線明顯沒有通過原點,其主要原因是　;
a-F圖像中圖線斜率的物理意義是　　。
5.(10分)(2024·四川涼山高一期末)在探究加速度a與物體所受合力F關系的實驗中,如圖甲所示為實驗裝置簡圖。
(1)下列做法正確的是　　　　。
A.實驗需要平衡阻力
B.實驗不需要平衡阻力
C.實驗需要滿足m遠小于M的條件
D.實驗不需要滿足m遠小于M的條件
(2)某次實驗中,小車拖動紙帶做勻加速直線運動,打點計時器所用的電源頻率為50 Hz,實驗得到的一條紙帶如圖乙所示,紙帶上每相鄰的兩個計數點之間都有四個點未畫出。按時間順序取0、1、2、3、4、5六個計數點,實驗中用直尺量出各計數點到0點的距離如圖乙所示(單位:cm)。在計數點1所代表的時刻,紙帶運動的瞬時速度為v1=　　　　　m/s,小車的加速度a=　　　　　m/s2(保留2位有效數字)。
(3)有一位同學通過實驗測量作出了如圖丙中的A圖線,該圖線不通過坐標原點的原因是_______;
圖線彎曲的原因是___________________________________________　。
6.(10分)某實驗小組利用如圖甲所示的實驗裝置來“探究當合外力一定時,物體運動的加速度與其質量之間的關系”。
(1)已知兩個光電門中心之間的距離x=24 cm,遮光條的寬度d=0.52 cm。該實驗小組在做實驗時,將滑塊從如圖甲所示位置由靜止釋放,由數字計時器可以讀出遮光條通過光電門1的時間Δt1,遮光條通過光電門2的時間Δt2,則滑塊經過光電門1時的瞬時速度的表達式v1=　　　　,滑塊經過光電門2時的瞬時速度的表達式v2=　　　　,則滑塊的加速度的表達式a=　　　　　(以上表達式均用字母表示)。
甲
(2)在本次實驗中,實驗小組通過改變滑塊質量總共做了6組實驗,得到如表所示的實驗數據,通過分析表中數據,你得出的結論是 　
　。
m/g 250 300 350 400 500 800
a/(m·s-2) 2.02 1.65 1.33 1.25 1.00 0.63
/kg-1 4.00 3.33 2.86 2.50 2.00 1.25
(3)現需通過圖像進一步驗證你的結論,請利用表格數據,在圖乙坐標系中描點并作出相應的圖像。(2分)
乙
第2節　探究加速度與力、質量的關系
1.BD　[在平衡阻力時，應將細繩從小車上拿去，墊高長木板遠離滑輪的一端，讓小車的重力沿木板的分力與小車受到的阻力平衡，故A錯誤；若連接砝碼盤和小車的細繩與長木板不平行，則繩子拉力的一個分力等于小車所受的外力，這樣導致誤差增大，故B正確；平衡阻力后，長木板的位置不能移動，但每次改變小車的質量時，小車的重力沿木板的分力和小車受到的阻力仍能抵消，不需要重新平衡阻力，故C錯誤；實驗時，若先放開小車，再接通打點計時器電源，由于小車運動較快，可能會使打出來的點很少，不利于數據的采集和處理，因此要求小車釋放前靠近打點計時器，且先接通電源，再釋放小車，故D正確。]
2.(1)應用220 V的交流電源　(2)應靠右端　(3)應使細繩平行于長木板　(4)應靠近電火花打點計時器　(5)應墊高右端以平衡阻力
解析　(1)(2)探究加速度與力、質量的關系時，電火花打點計時器應使用220 V的交流電源，且要固定在長木板無滑輪的一端(靠近右端)。
(3)連接小車的細繩應平行于木板，應調節滑輪高度使細繩平行于木板。
(4)釋放小車時，小車應靠近電火花打點計時器。
(5)實驗時應墊高長木板右端以平衡阻力。
3.(1)細線與軌道平行(或水平)　遠小于　(2)見解析
解析　(1)拉小車的細線要與軌道平行。只有在砝碼盤和砝碼的總質量遠小于小車質量時，才能認為細線拉小車的力等于砝碼盤和砝碼的總重力。
(2)對初速度為零的勻加速直線運動，運動時間相同時，根據x＝at2，得＝，所以能用位移來比較加速度大小。
4.(1)勻速　需要　(2)質量　(3)沒有平衡阻力或者平衡阻力不足　小車質量的倒數
解析　(1)實驗中在木板的一端墊木塊，調節木塊的位置，使木板適當傾斜一定角度，使小車在不受拉力作用下拖動紙帶做勻速運動，這樣做的目的是為了平衡阻力；對小車和砝碼的整體mg＝(M＋m)a，細繩的拉力F＝Ma＝＝mg，則只需當M m時才能近似認為F＝mg，即若認為輕繩的拉力F的大小等于砝碼與砝碼盤的總重力，則需要滿足M m的條件。
(2)實驗小組保持小車的質量不變，做探究其加速度與合外力之間的關系。
(3)實驗中改變砝碼的質量，進行多次測量，記錄數據，以a為縱坐標，F為橫坐標，作出了加速度a隨拉力F的變化關系圖，如圖乙所示，發現圖中直線明顯沒有通過原點，也就是說當拉力到達一定值時小車才有了加速度，則其主要原因是沒有平衡阻力或者平衡阻力不足；根據a＝F可知，a－F圖像中圖線斜率的物理意義是小車質量的倒數。
5.(1)AD　(2)0.18　0.75　(3)平衡阻力過度　不滿足m遠小于M的條件
解析　(1)探究加速度a與物體所受合力F關系的實驗中，讓繩子的拉力為小車的合力，則需要平衡阻力，故B錯誤，A正確；實驗過程中，繩子的拉力由力傳感器得到，則不需要滿足m遠小于M的條件，故C錯誤，D正確。
(2)根據題意可知，電源頻率為50 Hz，相鄰的兩個計數點之間都有四個點未畫出，則相鄰計數點間時間間隔為T＝0.1 s，由中間時刻的瞬時速度等于這段時間的平均速度可得，計數點1所代表的時刻，紙帶運動的瞬時速度為v1＝≈0.18 m/s；由逐差法Δx＝aT2有x24－x02＝a(2T)2，解得a＝0.75 m/s2。
(3)由圖丙可知，當F＝0時，a>0，則說明還未施加力時已有加速度，即平衡阻力過度；圖像彎曲的原因是不滿足m遠小于M的條件。
6.(1)　　　(2)當合外力一定時，物體運動的加速度跟物體的質量成反比　(3)見解析圖
解析　(1)遮光條的寬度很小，通過光電門的時間極短，在極短時間內的運動可看成勻速運動，故通過兩光電門的瞬時速度分別為v1＝，v2＝。遮光條從光電門2到光電門1做勻加速運動，由v－v＝2ax可得a＝＝。
(2)當合外力一定時，在誤差允許的范圍內，物體質量和加速度的乘積近似相等，所以加速度跟質量成反比。
(3)如圖所示。第2節　探究加速度與力、質量的關系
學習目標　1.學會用控制變量法探究物理規律。2.會測量加速度、力、質量，能作a－F和a－圖像。
3.能根據實驗數據及圖像得出加速度與力、質量的關系。
一、實驗原理
1.探究方法——控制變量法
(1)控制小車的質量M不變，通過改變砝碼的個數改變小車所受的拉力F，探究加速度a與力F的關系。
(2)控制托盤和砝碼的總質量m不變，即拉力F不變，改變小車的質量M，探究加速度a與質量M的關系。
2.要測量的物理量
(1)小車與其上砝碼的總質量M。
(2)小車受到的拉力F(托盤和砝碼的總重力)。
(3)小車的加速度a。
二、實驗器材
小車、托盤和砝碼、細繩、一端附有定滑輪的長木板、墊木、打點計時器、交流電源、紙帶、刻度尺、天平。
三、實驗步驟
1.用天平測出小車的質量M，并把數值記錄下來。
2.按如圖所示的裝置把實驗器材安裝好(小車上先不系細繩)。
3.平衡阻力：在長木板不帶定滑輪的一端下面墊上墊木，反復移動墊木位置，啟動打點計時器，直到輕推小車使小車在斜面上運動時可保持勻速直線運動為止(紙帶上相鄰點間距相等)，此時小車重力沿斜面方向的分力等于打點計時器對紙帶的阻力和長木板對小車的摩擦阻力及其他阻力之和。
4.用細繩繞過定滑輪系在小車上，另一端掛上托盤和砝碼。保持小車質量不變，改變砝碼的個數，以改變小車所受的拉力。處理紙帶，測出加速度，將結果填入表1中。
表1　小車質量一定
拉力F/N
加速度a/(m·s－2)
5.保持砝碼個數不變，即保持小車所受的拉力不變，在小車上加放砝碼，重復上面的實驗，求出相應的加速度，把數據記錄在表2中。
表2　小車所受的拉力一定
質量 M/kg
加速度a/(m·s－2)
四、數據處理
1.分析加速度a與力F的定量關系
由表1中記錄的數據，以加速度a為縱坐標，力F為橫坐標，根據測量數據描點，然后作出a－F圖像，如圖所示，若圖像是一條通過原點的直線，說明a與F成正比。
2.分析加速度a與質量M的定量關系
由表2中記錄的數據，以a為縱坐標，以為橫坐標，根據測量數據描點，然后作出a－圖像，如圖所示，若a－圖像是一條過原點的直線，說明a與成正比，即a與M成反比。
3.實驗結論
(1)保持物體質量不變時，物體的加速度a與所受拉力F成正比。
(2)保持拉力F不變時，物體的加速度a與質量M成反比。
五、誤差分析
1.在實驗中，我們認為托盤和砝碼的重力就等于小車所受的合力。但這是有誤差的，只有在小車質量比較大，托盤和砝碼重力比較小，且長木板合理傾斜的情況下，實驗結果才比較理想。
2.質量測量、長度測量中也存在偶然誤差，可通過多次測量取平均值的方法來減小誤差。
3.平衡阻力不準而造成誤差。
4.描點作圖時存在誤差。
六、注意事項
1.打點前小車應靠近打點計時器，且先接通打點計時器電源后釋放小車。
2.在平衡阻力時，不掛托盤和砝碼，但小車應連著紙帶且啟動打點計時器。
3.改變托盤和砝碼質量的過程中，要始終保證托盤和砝碼的質量遠小于小車的質量。
探究一　實驗原理和實驗操作
例1 用如圖所示的裝置探究在拉力F一定時，小車的加速度a與小車(含砝碼)質量m的關系，某同學設計的實驗步驟如下：
A.用天平稱出小車和小桶及內部所裝沙子的質量
B.按圖安裝好實驗器材
C.把輕繩系在小車上并繞過定滑輪連接在小桶上
D.將電磁打點計時器接在6 V電壓的蓄電池上，啟動打點計時器，放開小車，打點計時器在紙帶上打下一系列點，并在紙帶上標明小車質量
E.保持小桶及桶內沙子的質量不變，增加小車上的砝碼個數，并記錄每次增加后的m值，重復上述實驗
F.分析每條紙帶，測量并計算出加速度的值
G.作a－m圖像，并由圖像確定a與m的關系
(1)該同學漏掉的一個重要實驗步驟是________，該步驟應排在步驟________之后。
(2)在上述步驟中，有錯誤的是步驟________，應把________改為________。
(3)在上述步驟中，處理不恰當的是步驟________，應把________改為________。
聽課筆記______________________________________________________________
___________________________________________________________________
訓練 用如圖所示的裝置可以完成“探究加速度與力、質量的關系”的實驗。
(1)打點計時器使用的電源是________(填選項前的字母)。
A.直流電源 B.交變電源
(2)實驗中，需要平衡阻力。正確操作方法是________(填選項前的字母)。
A.把長木板右端墊高
B.改變小車的質量
(3)在________(填選項前的字母)且計時器打點的情況下，輕推一下小車，若小車拖著紙帶做勻速運動，表明已經平衡了阻力的影響。
A.不懸掛槽碼 B.懸掛槽碼
(4)實驗中，為了保證懸掛槽碼所受重力近似等于使小車做勻加速運動的拉力，懸掛槽碼的總質量m與小車(含砝碼)質量M之間應滿足的條件是________(填選項前字母)。
A.M m B.m M探究二　數據處理與誤差分析
例2 某同學設計了一個“探究加速度與力、質量的關系”的實驗，如圖所示為實驗裝置簡圖(交流電源的頻率為50 Hz)。
(1)如圖所示為某次實驗得到的紙帶，根據紙帶可求出小車的加速度大小為________ m/s2(結果保留2位有效數字)。
(2)保持沙和沙桶的質量不變，改變小車質量m，分別得到小車加速度a與質量m及對應的，數據如下表。
序號 1 2 3 4 5 6 7 8
小車加速度 a/(m·s－2) 1.90 1.72 1.49 1.25 1.00 0.75 0.50 0.30
小車質量 m/kg 0.25 0.29 0.33 0.40 0.50 0.71 1.00 1.67
/kg－1 4.00 3.45 3.03 2.50 2.00 1.41 1.00 0.60
請在圖甲所示的坐標紙中畫出a－ 圖線，由圖線可得小車的加速度a與質量的倒數之間的關系式為________________。
(3)保持小車的質量不變，改變沙和沙桶的質量，該同學根據實驗數據作出了加速度a隨合力F變化的圖線，如圖乙所示。該圖線不通過原點，其主要原因是___________________________________________________________________。
聽課筆記_____________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
探究三　實驗創新與拓展
例3 某學習小組利用圖甲裝置探究質量一定時木塊加速度與合力的關系。
(1)在盡可能減小測量誤差的情況下，下列操作或應保證的條件正確的是________。
A.由于使用了彈簧測力計，不需要平衡阻力
B.跨過木塊和滑輪的上、下兩段輕繩都應調成水平狀態
C.托盤和砝碼的總質量可以接近木塊的質量
D.應先釋放木塊，再接通電源使打點計時器正常工作
(2)同學們按正確操作進行實驗，得到的一條點跡清晰的紙帶如圖乙所示(相鄰兩計數點間還有四個計時點未畫出)，用毫米刻度尺量得數據如下：x1＝1.50 cm，x2＝2.27 cm，x3＝3.04 cm，x4＝3.82 cm，x5＝4.57 cm，x6＝5.36 cm，已知打點計時器所接的是頻率為50 Hz的交流電，根據紙帶可求出木塊的加速度大小為________m/s2(結果保留2位有效數字)。
聽課筆記_____________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
例4 為了探究加速度與力的關系，使用如圖所示的氣墊導軌裝置進行實驗，其中G1、G2為兩個光電門，它們與數字計時器相連，當滑塊通過G1、G2光電門時，光束被遮擋的時間Δt1、Δt2都可以被測量并記錄，滑塊連同上面固定的一條形擋光片的總質量為M，擋光片寬度為D，兩光電門間的距離為x，牽引槽碼的質量為m，回答下列問題：
(1)實驗開始前應先調節氣墊導軌下面的螺釘，使氣墊導軌水平，在不增加其他儀器的情況下，如何判定調節是否到位？
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
(2)若取M＝0.4 kg，改變m的值，進行多次實驗，以下m的取值不合適的一個是________。
A.m1＝5 g B.m2＝15 g
C.m3＝40 g D.m4＝400 g
(3)在此實驗中，需要測得每一個牽引力對應的加速度，求得的加速度a的表達式為__________(用Δt1、Δt2、D、x表示)。
聽課筆記_____________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
第2節　探究加速度與力、質量的關系
典例探究分析
探究一
例1 (1)平衡阻力　B　(2)D　6 V電壓的蓄電池　6 V的交流電源
(3)G　作a－m圖像　作a－圖像
解析　(1)實驗中把小桶及桶內沙子的重力之和看成與小車所受拉力大小相等，沒有考慮摩擦力，故必須平衡阻力且應排在步驟B之后。
(2)電磁打點計時器接在6 V電壓的蓄電池上將無法工作，必須接在6 V的交流電源上。
(3)作a－m圖像，得到的是曲線，很難進行正確的判斷，必須“化曲為直”，改作a－圖像。
訓練 (1)B　(2)A　(3)A　(4)A
解析　(1)打點計時器需要使用交變電源，故選B。
(2)平衡阻力的方法是把長木板右端墊高，用小車所受重力沿木板的分力來平衡阻力，故選A。
(3)不懸掛槽碼，輕推一下小車，若小車拖著紙帶做勻速運動，表明已經平衡了阻力的影響，故選A。
(4)為了保證懸掛槽碼所受重力近似等于使小車做勻加速運動的拉力，懸掛槽碼的總質量m與小車(含砝碼)質量M之間應滿足的條件是M m，故選A。
探究二
例2 (1)3.2　(2)見解析圖　a＝　(3)實驗前沒有平衡阻力或者平衡阻力不足
解析　(1)已知x1＝6.19 cm，x2＝6.70 cm，x3＝7.21 cm，x4＝7.72 cm，電火花打點計時器的計時周期T＝＝0.02 s
由逐差法可得a＝≈3.2 m/s2。
(2)在a－ 坐標系中描點連線，得到a－ 圖線如圖所示，由圖知圖像斜率k＝，則a＝。
(3)由a－F圖線可知，F增大到某一值時小車開始有加速度，說明實驗前沒有平衡阻力或者平衡阻力不足。
探究三
例3 (1)C　(2)0.77
解析　(1)由于使用了彈簧測力計直接測量繩的拉力，所以不需要滿足托盤和砝碼的總質量遠小于木塊的質量，為了讓繩的拉力成為小車受的合外力，必須平衡阻力，A錯誤，C正確；平衡摩擦力后木板是傾斜的，跨過木塊和滑輪的上、下兩段輕繩都應調成與木板平行，不應該是水平的，B錯誤；應先接通電源使打點計時器正常工作，后釋放木塊，D錯誤。
(2)根據紙帶可求出木塊的加速度大小為
a＝ m/s2＝0.77 m/s2。
例4 (1)見解析　(2)D　(3)a＝
解析　(1)取下牽引槽碼，滑塊放在任意位置都不動；或取下牽引槽碼，輕推滑塊，數字計時器記錄的兩個光電門的光束被遮擋的時間相等。
(2)在探究加速度與力的關系的實驗中，當槽碼的質量遠小于滑塊連同上面固定的擋光片的總質量時，才能近似認為槽碼受到的重力等于滑塊受到的拉力，故D不合適。
(3)當滑塊通過G1、G2光電門時，光束被遮擋的時間為Δt1、Δt2，對應的速度分別為v1＝、v2＝，根據v－v＝2ax求出加速度a＝。(共47張PPT)
第2節　探究加速度與力、質量的關系
第四章　牛頓運動定律
學習目標
目 錄
CONTENTS
實驗基礎梳理
01
典例探究分析
02
實驗能力自測
03
1
實驗基礎梳理
一、實驗原理
1.探究方法——控制變量法
(1)控制小車的質量M不變，通過改變砝碼的個數改變小車所受的拉力F，探究加速度a與力F的關系。
(2)控制托盤和砝碼的總質量m不變，即拉力F不變，改變小車的質量M，探究加速度a與質量M的關系。
2.要測量的物理量
(1)小車與其上砝碼的總質量M。
(2)小車受到的拉力F(托盤和砝碼的總重力)。
(3)小車的加速度a。
二、實驗器材
小車、托盤和砝碼、細繩、一端附有定滑輪的長木板、墊木、打點計時器、交流電源、紙帶、刻度尺、天平。
三、實驗步驟
1.用天平測出小車的質量M，并把數值記錄下來。
2.按如圖所示的裝置把實驗器材安裝好(小車上先不系細繩)。
3.平衡阻力：在長木板不帶定滑輪的一端下面墊上墊木，反復移動墊木位置，啟動打點計時器，直到輕推小車使小車在斜面上運動時可保持勻速直線運動為止(紙帶上相鄰點間距相等)，此時小車重力沿斜面方向的分力等于打點計時器對紙帶的阻力和長木板對小車的摩擦阻力及其他阻力之和。
4.用細繩繞過定滑輪系在小車上，另一端掛上托盤和砝碼。保持小車質量不變，改變砝碼的個數，以改變小車所受的拉力。處理紙帶，測出加速度，將結果填入表1中。
表1　小車質量一定
拉力F/N
加速度a/(m·s－2)
5.保持砝碼個數不變，即保持小車所受的拉力不變，在小車上加放砝碼，重復上面的實驗，求出相應的加速度，把數據記錄在表2中。
表2　小車所受的拉力一定
質量 M/kg
加速度a/(m·s－2)
四、數據處理
1.分析加速度a與力F的定量關系
由表1中記錄的數據，以加速度a為縱坐標，力F為橫坐標，根據測量數據描點，然后作出a－F
圖像，如圖所示，若圖像是一條通過原點的直線，說明a與F成正比。
2.分析加速度a與質量M的定量關系
3.實驗結論
(1)保持物體質量不變時，物體的加速度a與所受拉力F成正比。
(2)保持拉力F不變時，物體的加速度a與質量M成反比。
五、誤差分析
1.在實驗中，我們認為托盤和砝碼的重力就等于小車所受的合力。但這是有誤差的，只有在小車質量比較大，托盤和砝碼重力比較小，且長木板合理傾斜的情況下，實驗結果才比較理想。
2.質量測量、長度測量中也存在偶然誤差，可通過多次測量取平均值的方法來減小誤差。
3.平衡阻力不準而造成誤差。
4.描點作圖時存在誤差。
六、注意事項
1.打點前小車應靠近打點計時器，且先接通打點計時器電源后釋放小車。
2.在平衡阻力時，不掛托盤和砝碼，但小車應連著紙帶且啟動打點計時器。
3.改變托盤和砝碼質量的過程中，要始終保證托盤和砝碼的質量遠小于小車的質量。
2
典例探究分析
探究二　數據處理與誤差分析
探究一　實驗原理和實驗操作
探究三　實驗創新與拓展
探究一　實驗原理和實驗操作
例1 用如圖所示的裝置探究在拉力F一定時，小車的加速度a與小車(含砝碼)質量m的關系，某同學設計的實驗步驟如下：
A.用天平稱出小車和小桶及內部所裝沙子的質量
B.按圖安裝好實驗器材
C.把輕繩系在小車上并繞過定滑輪連接在小桶上
D.將電磁打點計時器接在6 V電壓的蓄電池上，啟動打點計時器，放開小車，打點計時器在紙帶上打下一系列點，并在紙帶上標明小車質量
E.保持小桶及桶內沙子的質量不變，增加小車上的砝碼個數，并記錄每次增加后的m值，重復上述實驗
F.分析每條紙帶，測量并計算出加速度的值
G.作a－m圖像，并由圖像確定a與m的關系
(1)該同學漏掉的一個重要實驗步驟是________，該步驟應排在步驟________
之后。
(2)在上述步驟中，有錯誤的是步驟________，應把________改為________。
(3)在上述步驟中，處理不恰當的是步驟________，應把________改為________。
解析　(1)實驗中把小桶及桶內沙子的重力之和看成與小車所受拉力大小相等，沒有考慮摩擦力，故必須平衡阻力且應排在步驟B之后。
(2)電磁打點計時器接在6 V電壓的蓄電池上將無法工作，必須接在6 V的交流電源上。
訓練 用如圖所示的裝置可以完成“探究加速度與力、質量的關系”的實驗。
(1)打點計時器使用的電源是________(填選項前的字母)。
A.直流電源 B.交變電源
(2)實驗中，需要平衡阻力。正確操作方法是________(填選項前的字母)。
A.把長木板右端墊高
B.改變小車的質量
(3)在________(填選項前的字母)且計時器打點的情況下，輕推一下小車，若小車拖著紙帶做勻速運動，表明已經平衡了阻力的影響。
A.不懸掛槽碼 B.懸掛槽碼
(4)實驗中，為了保證懸掛槽碼所受重力近似等于使
小車做勻加速運動的拉力，懸掛槽碼的總質量m與
小車(含砝碼)質量M之間應滿足的條件是________
(填選項前字母)。
A.M m B.m M
答案　(1)B　(2)A　(3)A　(4)A
解析　(1)打點計時器需要使用交變電源，故選B。
(2)平衡阻力的方法是把長木板右端墊高，用小車所受重力沿木板的分力來平衡阻力，故選A。
(3)不懸掛槽碼，輕推一下小車，若小車拖著紙帶做勻速運動，表明已經平衡了阻力的影響，故選A。
(4)為了保證懸掛槽碼所受重力近似等于使小車做勻加速運動的拉力，懸掛槽碼的總質量m與小車(含砝碼)質量M之間應滿足的條件是M m，故選A。
探究二　數據處理與誤差分析
例2 某同學設計了一個“探究加速度與力、質量的關系”的實驗，如圖所示為實驗裝置簡圖(交流電源的頻率為50 Hz)。
(1)如圖所示為某次實驗得到的紙帶，根據紙帶可求出小車的加速度大小為________ m/s2(結果保留2位有效數字)。
(3)保持小車的質量不變，改變沙和沙桶的質量，該同學根據實驗數據作出了加速度a隨合力F變化的圖線，如圖乙所示。該圖線不通過原點，其主要原因是______________________________________________________________________。
(3)由a－F圖線可知，F增大到某一值時小車開始有加速度，說明實驗前沒有平衡阻力或者平衡阻力不足。
探究三　實驗創新與拓展
例3 某學習小組利用圖甲裝置探究質量一定時木塊加速度與合力的關系。
(1)在盡可能減小測量誤差的情況下，下列操作或應保證的條件正確的是________。
A.由于使用了彈簧測力計，不需要平衡阻力
B.跨過木塊和滑輪的上、下兩段輕繩都應調成水平狀態
C.托盤和砝碼的總質量可以接近木塊的質量
D.應先釋放木塊，再接通電源使打點計時器正常工作
(2)同學們按正確操作進行實驗，得到的一條點跡清晰的紙帶如圖乙所示(相鄰兩計數點間還有四個計時點未畫出)，用毫米刻度尺量得數據如下：x1＝1.50 cm，x2＝2.27 cm，x3＝3.04 cm，x4＝3.82 cm，x5＝4.57 cm，x6＝5.36 cm，已知打點計時器所接的是頻率為50 Hz的交流電，根據紙帶可求出木塊的加速度大小為________m/s2(結果保留2位有效數字)。
解析　(1)由于使用了彈簧測力計直接測量繩的拉力，所以不需要滿足托盤和砝碼的總質量遠小于木塊的質量，為了讓繩的拉力成為小車受的合外力，必須平衡阻力，A錯誤，C正確；平衡摩擦力后木板是傾斜的，跨過木塊和滑輪的上、下兩段輕繩都應調成與木板平行，不應該是水平的，B錯誤；應先接通電源使打點計時器正常工作，后釋放木塊，D錯誤。
(2)根據紙帶可求出木塊的加速度大小為a＝
答案　(1)C　(2)0.77
例4 為了探究加速度與力的關系，使用如圖所示的氣墊導軌裝置進行實驗，其中G1、G2為兩個光電門，它們與數字計時器相連，當滑塊通過G1、G2光電門時，光束被遮擋的時間Δt1、Δt2都可以被測量并記錄，滑塊連同上面固定的一條形擋光片的總質量為M，擋光片寬度為D，兩光電門間的距離為x，牽引槽碼的質量為m，回答下列問題：
(1)實驗開始前應先調節氣墊導軌下面的螺釘，使氣墊導軌水平，在不增加其他儀器的情況下，如何判定調節是否到位？
______________________________________________________________________。
(2)若取M＝0.4 kg，改變m的值，進行多次實驗，以下m的取值不合適的一個是________。
A.m1＝5 g B.m2＝15 g C.m3＝40 g D.m4＝400 g
(3)在此實驗中，需要測得每一個牽引力對應的加速度，求得的加速度a的表達式為__________(用Δt1、Δt2、D、x表示)。
解析　(1)取下牽引槽碼，滑塊放在任意
位置都不動；或取下牽引槽碼，輕推滑塊，數字計時器記錄的兩個光電門的光束被遮擋的時間相等。
(2)在探究加速度與力的關系的實驗中，當槽碼的質量遠小于滑塊連同上面固定的擋光片的總質量時，才能近似認為槽碼受到的重力等于滑塊受到的拉力，故D不合適。
實驗能力自測
3
BD
1.(多選)(2024·荊州中學高一月考)在“探究加速度與力、質量的關系”的實驗中，下列說法正確的是(　　)
A.在平衡阻力時，應將砝碼盤及盤內砝碼通過定滑輪用細繩拴在小車上
B.連接砝碼盤和小車的細繩應與長木板平行
C.平衡阻力后，長木板的位置不能移動，每次改變小車質量時，應重新平衡阻力
D.小車釋放前應靠近打點計時器，且應先接通電源，再釋放小車
解析　在平衡阻力時，應將細繩從小車上拿去，墊高長木板遠離滑輪的一端，讓小車的重力沿木板的分力與小車受到的阻力平衡，故A錯誤；若連接砝碼盤和小車的細繩與長木板不平行，則繩子拉力的一個分力等于小車所受的外力，這樣導致誤差增大，故B正確；平衡阻力后，長木板的位置不能移動，但每次改變小車的質量時，小車的重力沿木板的分力和小車受到的阻力仍能抵消，不需要重新平衡阻力，故C錯誤；實驗時，若先放開小車，再接通打點計時器電源，由于小車運動較快，可能會使打出來的點很少，不利于數據的采集和處理，因此要求小車釋放前靠近打點計時器，且先接通電源，再釋放小車，故D正確。
2.某同學在做“探究加速度與力、質量的關系”的實驗時，如圖所示是已接通電源正要釋放小車時的情況，請你改正該同學的五個差錯。
(1)電源______________________________________________________________。
(2)電火花打點計時器位置____________________________________________。
(3)滑輪位置__________________________________________________。
(4)小車位置__________________________________________________________。
(5)長木板____________________________________________________________。
答案　(1)應用220 V的交流電源　(2)應靠右端　(3)應使細繩平行于長木板　(4)應靠近電火花打點計時器　(5)應墊高右端以平衡阻力
解析　(1)(2)探究加速度與力、質量的關系時，電火花打點計時器應使用220 V的交流電源，且要固定在長木板無滑輪的一端(靠近右端)。
(3)連接小車的細繩應平行于木板，應調節滑輪高度使細繩平行于木板。
(4)釋放小車時，小車應靠近電火花打點計時器。
(5)實驗時應墊高長木板右端以平衡阻力。
3.(教科版必修第一冊P111自我評價T1改編)在“探究加速度與力、質量的關系”活動中，某小組設計了如圖所示的實驗裝置。圖中上、下兩層水平軌道表面光滑，兩小車前端系上細線，細線跨過滑輪并掛上砝碼盤，兩小車尾部細線連到控制裝置上，實驗時通過控制裝置使兩小車同時開始運動，然后同時停止。
(1)在安裝實驗裝置時，應調整滑輪的高度，使________；在實驗時，為減小系統誤差，應使砝碼盤和砝碼的總質量________(選填“遠大于”“遠小于”或“等于”)小車的質量。
(2)本實驗通過比較兩小車的位移來比較小車加速度的大小，能這樣比較，是因為________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
答案　(1)細線與軌道平行(或水平)　遠小于　(2)見解析
解析　(1)拉小車的細線要與軌道平行。只有在砝碼盤和砝碼的總質量遠小于小車質量時，才能認為細線拉小車的力等于砝碼盤和砝碼的總重力。
4.(2024·四川眉山高一統考期末)在“探究加速度與力、質量的關系”的實驗中，采用如圖甲所示的實驗裝置，實驗中M表示小車的質量，m表示砝碼與砝碼盤的總質量。
(1)實驗中在木板的一端墊木塊，調節木塊的位置，使木板適當傾斜一定角度，使小車在不受拉力作用下拖動紙帶做________運動，這樣做的目的是為了平衡阻力；若認為輕繩的拉力F的大小等于砝碼與砝碼盤的總重力，則________(選填“需要”或“不需要”)滿足M m的條件。
(2)實驗小組保持小車的________不變，做探究其加速度與合外力之間的關系。
(3)實驗中改變砝碼的質量，進行多次測量，記錄數據，以a為縱坐標，F為橫坐標，作出了加速度a隨拉力F的變化關系圖，如圖乙所示，發現圖中直線明顯沒有通過原點，其主要原因是_____________________________________________
_____________________________________________________________________；
a－F圖像中圖線斜率的物理意義是____________________。
答案　(1)勻速　需要　(2)質量　(3)沒有平衡阻力或者平衡阻力不足　小車質量的倒數
(2)實驗小組保持小車的質量不變，做探究其加速度與合外力之間的關系。
(3)實驗中改變砝碼的質量，進行多次測量，記錄數據，以a為縱坐標，F為橫坐標，作出了加速度a隨拉力F的變化關系圖，如圖乙所
5.(2024·四川涼山高一期末)在探究加速度a與物體所受合力F關系的實驗中，如圖甲所示為實驗裝置簡圖。
(1)下列做法正確的是________。
A.實驗需要平衡阻力
B.實驗不需要平衡阻力
C.實驗需要滿足m遠小于M的條件
D.實驗不需要滿足m遠小于M的條件
(2)某次實驗中，小車拖動紙帶做勻加速直線運動，打點計時器所用的電源頻率為50 Hz，實驗得到的一條紙帶如圖乙所示，紙帶上每相鄰的兩個計數點之間都有四個點未畫出。按時間順序取0、1、2、3、4、5六個計數點，實驗中用直尺量出各計數點到0點的距離如圖乙所示(單位：cm)。在計數點1所代表的時刻，紙帶運動的瞬時速度為v1＝________m/s，小車的加速度a＝__________m/s2(保留2位有效數字)。
(3)有一位同學通過實驗測量作出了如圖丙中的A圖線，該圖線不通過坐標原點的原因是_________________________
___________________________________________________；
圖線彎曲的原因是__________________________________。
答案　(1)AD　(2)0.18　0.75　(3)平衡阻力過度　不滿足m遠小于M的條件
解析　(1)探究加速度a與物體所受合力F關系的實驗中，讓繩子的拉力為小車的合力，則需要平衡阻力，故B錯誤，A正確；實驗過程中，繩子的拉力由力傳感器得到，則不需要滿足m遠小于M的條件，故C錯誤，D正確。
(3)由圖丙可知，當F＝0時，a>0，則說明還未施加力時已有加速度，即平衡阻力過度；圖像彎曲的原因是不滿足m遠小于M的條件。
6.某實驗小組利用如圖甲所示的實驗裝置來“探究當合外力一定時，物體運動的加速度與其質量之間的關系”。
(1)已知兩個光電門中心之間的距離x＝24 cm，遮光條的寬度d＝0.52 cm。該實驗小組在做實驗時，將滑塊從如圖甲所示位置由靜止釋放，由數字計時器可以讀出遮光條通過光電門1的時間Δt1，遮光條通過光電門2的時間Δt2，則滑塊經過光電門1時的瞬時速度的表達式v1＝________，滑塊經過光電門2時的瞬時速度的表達式v2＝________，則滑塊的加速度的表達式a＝________(以上表達式均用字母表示)。
甲
(2)在本次實驗中，實驗小組通過改變滑塊質量總共做了6組實驗，得到如表所示的實驗數據，通過分析表中數據，你得出的結論是________________________
_____________________________________________________________________。
(3)現需通過圖像進一步驗證你的結論，請利用表格數據，在圖乙坐標系中描點并作出相應的圖像。
乙
(2)當合外力一定時，在誤差允許的范圍內，物體質量和加速度的乘積近似相等，所以加速度跟質量成反比。
(3)如圖所示。

展開更多......

收起↑