实验4 探究加速度与力、质量的关系

实验4探究加速度与力、质量的关系一、实验装置图二、实验仪器天平、槽码、小车、细绳、打点计时器、纸带、交流电源、带滑轮的长木板、刻度尺三、实验步骤1、用天平测量槽码的质量m和小车的质量M。2、按照上图所示装置把实验器材安装好（不悬挂槽码）。细绳纸带垫木一端有定小车打点计时器槽码口滑轮的长木板实验台3、在长木板不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块，使小车带动纸带，打点计时器在纸带上打出一系列均匀的点，小车匀速下滑。4、槽码通过细绳绕过定滑轮系于小车上，先接通电源后放开小车，打点完成后断开电源，取下纸带，编号码。5、保持小车的质量M不变，多次改变槽码的质量m并重复步骤3。6、在每条纸带上选取一段比较合适的部分，计算加速度a。四、数据分析（1）利用逐差法或v-t图像法求a。（2）以a为纵坐标，F为横坐标，描点、画线，如果该线为过原点的倾斜直线，说明a与F成正比。（3）以a为坐标，为横坐标，描点、画线，如果该线为过原点的倾斜直线，就能判定a与M成反比。五、误差分析1、系统误差：本实验用槽码的总重力mg表示细绳对小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于槽码的总重力。2、偶然误差：平衡阻力时的误差，质量、计数点间距离测量引起的误差。六、注意事项1、必须保证的条件：M≫m2、细绳必须与木板平行。3、平衡阻力时，不要把悬挂槽码的细绳系在小车上；实验过程中不用重复平衡阻力。4、每次开始实验时小车应尽量靠近打点计时器，应采取措施防止小车撞上滑轮。七、高频考点判断（下列关于“用阻力补偿法探究加速度与力、质量的关系”的实验对的打“√”，错的打“×”）1、实验中可调节滑轮使细线与导轨面平行（）2、调节滑轮高度使细绳与水平桌面平行（）3、长木板一定要略为倾斜（）

4、槽码质量应远小于小车质量（）

5、按照“实验装置图”中的装置进行实验时，打点计时器接220V交流电源（）

6、小车靠近打点计时器，放开小车再打开电源开始打点（）7、先接通打点计时器电源，后释放小车（）

8、平衡阻力时，应将槽码跨过定滑轮拴在小车上（）

9、补偿阻力时小车不可连接纸带（）10、探究加速度与质量关系时，控制小车质量不同，钩码质量相同（）

11、实验中应让小车的加速度尽量大些（）

12、若槽码质量m不断增大，绳子拉力会无限增大（）

13、完成补偿阻力，该实验装置可用于完成“验证机械能守恒定律”实验（）14、垫上木块是为了更好地使小车加速下滑（）15、器材调整完毕后，每一次都要保证小车从同一位置由静止释放（）16、平衡摩擦力后，改变小车质量多次实验，但长木板与水平桌面间的角度无需再调整（）八、典型例题【例题1】（2024年1月·浙江选考）如图1所示是“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置。（1）该实验中同时研究三个物理量间关系是很困难的，因此我们采用的研究方法是_____；A.放大法

B.控制变量法

C.补偿法（2）该实验过程中操作正确的是____；A.补偿阻力时小车未连接纸带

B.先接通打点计时器电源，后释放小车

C.调节滑轮高度使细绳与水平桌面平行（3）在小车质量_______（选填“远大于”或“远小于”）槽码质量时，可以认为细绳拉力近似等于槽码的重力。上述做法引起的误差为_________（选填“偶然误差”或“系统误差”）。为减小此误差，下列可行的方案是_______；A.用气垫导轨代替普通导轨，滑块代替小车

B.在小车上加装遮光条，用光电计时系统代替打点计时器

C.在小车与细绳之间加装力传感器，测出小车所受拉力大小（4）经正确操作后获得一条如图2所示的纸带，建立以计数点0为坐标原点的x轴，各计数点的位置坐标分别为0、x1、、x6。已知打点计时器的打点周期为T，则打计数点5时小车速度的表达式v=________；小车加速度的表达式是_______。A.

B.

C.【例题2】（2024年4月·宁波十校）某实验小组采用如图1所示的实验装置在水平桌面上探究“小车的加速度与力和质量之间的关系”。（1）实验之前要平衡小车所受的阻力，具体的步骤是：______（填“挂”或“不挂”）砂桶，连接好纸带后，调整木板右端的高度，用手轻拨小车，直到打点计时器在纸带上打出一系列间距均匀的点。

（2）已知打点计时器所用交变电源的频率为50Hz，某次实验得到的纸带如图2所示。A、B、C、D、E是5个连续的计数点，相邻两计数点间有四个点未画出，实验数据如表中所示，其中有一组数据记录不当，这组数据是______（填“A”、“B”、“C”、“D”或“E”）。根据上述信息可得小车的加速度大小为______m/s2（保留两位有效数字）。计数点ABCDE位置坐标（cm）4.505.507.309.8013.1（3）另一小组在验证加速度与质量关系实验时，保证砂桶的总质量m0不变，通过在小车上增加砝码来改变小车总质量，每次实验时仅记录了小车上砝码的总质量m，但未测小车质量M，作出与m之间的关系图像如图3所示，已知图中直线的斜率为k，在纵轴上的截距为b，若该同学其他操作均正确，m0没有远小于(M+m)，可得到小车的质量M为______（用k、b、表示）。【例题3】用如图所示的装置验证牛顿第二定律。

（1）为使砂桶和砂的总重力在数值上近似等于小车运动时受到的拉力，需满足的条件是砂桶及砂的总质量________小车的总质量。（选填“远大于”“远小于”或“近似等于”）

（2）在研究加速度与质量的关系时，保证砂和砂桶的质量不变。在正确补偿小车所受阻力后进行实验操作，并正确记录下若干数据，若砂和砂桶的质量m与小车的总质量M间的关系不满足第①问中的条件，由实验数据作出a和的图线，则图线应如图中的________所示（填字母）。ABCD九、针对训练1、某同学用如图1所示的装置“验证牛顿第二定律”，打点计时器使用的交流电频率为50Hz，纸带每打5个点选一个计数点，重物质量为m，重力加速度为g，滑轮重力及摩擦不计。（1）为了能完成该实验，下列应进行的操作是______。A．将长木板右端垫高适当角度，以补偿长木板对小车的摩擦力

B．保证小车的质量远大于重物的质量

C．调节滑轮的高度，使细线与长木板平行

D．实验开始时应先释放小车，后接通电源（2）由如图2所示纸带可求得小车的加速度a=______m/s2（结果保留三位有效数字）；

（3）若实验中弹簧秤读数F=______（用字母m、g、a表示），则说明牛顿第二定律成立。2、如图1为孙华和刘刚两位同学设计的一个实验装置，用来探究一定质量的小车其加速度与力的关系。其中电源为50Hz的交流电，一质量为m0的光滑滑轮用一轻质细杆固定在小车的前端，小车的质量为M，砂和砂桶的质量为m。（1）此实验中正确的操作是______A．实验需要用天平测出砂和砂桶的质量m

B．实验前需要将带滑轮的长木板右端垫高，以补偿阻力

C．小车靠近打点计时器，应先接通电源，再释放小车

D．为减小系统误差，实验中一定要保证砂和砂桶的质量m远小于小车的质量M（2）该同学在实验中得到一条纸带如图2所示，相邻计数点间有4个点未画出，打点计时器所接交流电的频率为50Hz，小车的加速度大小为______m/s2（结果保留两位有效数字）。（3）孙华同学以小车的加速度a为纵坐标，力传感器的示数F为横坐标，画出的a-F图线与横坐标轴的夹角为θ，且斜率为k，如图3所示，则小车的质量为______。A．B．C．D．3、小明同学利用如图所示装置做“探究加速度与力、质量的关系”的实验。（1）下列说法正确的是___________（多选）

A.实验中小车的加速度尽可能大一些

B.需要补偿小车受到的阻力

C.需要通过调节定滑轮使细线与长木板平行

D.先释放小车再接通电源

（2）如图是实验打出的一条纸带的一部分，A、B、C、…是纸带上标出的计数点，每两个相邻的计数点之间还有4个打出的点未画出。据此纸带可知小车在打点计时器打下D时的速度大小为_____________m/s。（保留2位有效数字）。

（3）如果当时电网中交变电流的电压为210V，那么加速度的测量值与实际值相比________（选填“偏大”，“偏小”，“不变”）

（4）小明同学把实验装置中的小车换成木块来测量木块与木板之间的摩擦因数。将木块放在水平长木板上，左侧拴有一细线，跨过固定在木板边缘的滑轮与槽码相连，木块右侧与打点计时器的纸带相连，在重物牵引下，木块在木板上向左运动，重物落地后，木块继续向左运动。如图是实验中打出的一条纸带，每两个相邻的计数点之间还有1个打出的点未画出。①本实验采用的数据点位于纸带上_________

（填“A”或“B”）段。

②测得摩擦因数__________。（保留2位有效数字）。4、某物理课外小组通过如图甲、乙、丙所示的实验装置探究物体加速度与其所受合外力之间的关系。已知他们使用的小车完全相同且质量为，重物的质量为，试回答下列问题：（1）实验时，必须满足“远大于”的实验装置是________（选填“甲”、“乙”或“丙”）（2）按乙图实验装置得到如图丙所示的纸带，已知打点计时器打点的周期T=0.02s，其中A、B、C、D、E每相邻两个计数点之间还有4个点没有标出，根据纸带提供的数据，算得小车加速度的大小为________m/s2（计算结果保留两位有效数字）。（3）采用（丙）图实验装置探究质量一定时加速度与力的关系的实验，以弹簧测力计的示数F为横坐标，加速度a为纵坐标，画出的a-F图线是如图（丁）的一条直线。测出图线与横坐标的夹角为θ，求得图线的斜率为k，则小车的质量为________。A.

B.

C.

D.k（4）采用（甲）图实验装置，把重物改成槽码，槽码总数，将n（依次取n=2,3,4,5,······）个槽码挂在细线左端，其余N-n个槽码仍留在小车内，重复前面的步骤，并得到相应的加速度a，得到a-n图线是过原点的直线，但实验时漏了平衡摩擦力这一步骤，下列说法正确的是________。A.a-n图线不再是直线B.a-n图线仍是过原点的直线，但该直线的斜率变小C.a-n图线仍是直线，但该直线不过原点5、某同学“探究小球加速度与合外力的关系”的实验装置如图所示，他用无线力传感器来测量绳子的拉力。他将无线力传感器和小车固定在一起，将细绳的一端挂一小球，另一端系在传感器的挂钩上，调整细绳与木板平行。则在改进后的实验中以下步骤是否还有必要？

①把木板的右端垫高以补偿阻力______（选填“有必要”或“没必要”）。

②控制小球的质量远小于小车（含传感器）的总质量______。（选填“有必要”或“没必要”）。

（2）实验中打出的其中一条纸带如下图，由该纸带可求得小球的加速度______（结果保留三位有效数字）（3）本实验中，保持绳端所挂小球质量不变，先按住小车，记下传感器读数为T；而后在小车上陆续放置钩码，让小车运动，从而得到绳子的不同拉力大小F与小球相应的加速度大小a，作出a-(T-F)图像。则下面图像中正确的是(

)ABCD参考答案高频考点判断1、实验中可调节滑轮使细线与导轨面平行（√）2、调节滑轮高度使细绳与水平桌面平行（×）3、长木板一定要略为倾斜（√）

4、槽码质量应远小于小车质量（√）

5、按照“实验装置图”中的装置进行实验时，打点计时器接220V交流电源（√）

6、小车靠近打点计时器，放开小车再打开电源开始打点（×）7、先接通打点计时器电源，后释放小车（√）

8、平衡阻力时，应将槽码跨过定滑轮拴在小车上（×）

9、补偿阻力时小车不可连接纸带（×）10、探究加速度与质量关系时，控制小车质量不同，钩码质量相同（√）

11、实验中应让小车的加速度尽量大些（×）

12、若槽码质量m不断增大，绳子拉力会无限增大（×）

13、完成补偿阻力，该实验装置可用于完成“验证机械能守恒定律”实验（×）14、垫上木块是为了更好地使小车加速下滑（×）15、器材调整完毕后，每一次都要保证小车从同一位置由静止释放（×）16、平衡摩擦力后，改变小车质量多次实验，但长木板与水平桌面间的角度无需再调整（√）典型例题【例题1】（1）