高考物理复习第3章牛顿运动定律实验三探究加速度与物体质量物体受力的关系市赛课公开课一等奖省名师

试验三

探究加速度与物体质量、物体受力关系1/412/41注意事项1.试验方法：控制变量法。2.平衡摩擦力：在平衡摩擦力时，不要悬挂小盘，但小车应连着纸带且接通电源。用手给小车一个初速度，假如在纸带上打出点间隔是均匀，表明小车受到阻力跟它重力沿斜面向下分力平衡。3.试验条件：只有满足M≫m，小盘和砝码总重力才可视为小车受到拉力。4.一先一后一按住：改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽可能靠近打点计时器，并应先接通电源，后放开小车，且应在小车抵达滑轮前按住小车。5.作图：作图时两轴标度百分比要适当，各量须采取国际单位，这么作图线时，坐标点间距不至于过密，误差会小些。3/41误差分析1.因试验原理不完善引发误差：本试验用小盘和砝码总重力mg代替小车拉力，而实际上小车所受拉力要小于小盘和砝码总重力。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发误差。4/41热点一试验原理与基本操作【例1】在“探究加速度和力、质量关系”试验中，采取如图1所表示装置图进行试验：图1(1)试验中，需要在木板右端垫上一个小木块，其目标是__________________。5/416/417/41(3)本试验目标是：探究加速度和力、质量关系，所以不能把牛顿第二定律当成已知公式来使用，故A错误；使用打点计时器时，都应该先接通电源，后释放纸带，故B正确；平衡摩擦力后μ＝tanθ，与重物质量无关，所以不用再次平衡摩擦力，故C错误；本试验采取控制变量法，故D正确。答案

(1)平衡摩擦力(2)m≪M

(3)BD8/41【变式训练】1.在“探究加速度与力、质量关系”时采取如图2所表示试验装置，小车及车中砝码质量为M，砂桶及砂质量为m。图2(1)若已平衡摩擦力，在小车做匀加速直线运动过程中，绳张力大小FT＝________，当M与m大小满足________时，才可认为绳子对小车拉力大小等于砂和砂桶重力。9/4110/4111/41热点二数据处理及误差分析【例2】一小组同学用如图3所表示装置做“探究物体质量一定时，加速度与力关系”试验。图312/41(1)以下说法正确有________。A.平衡摩擦力时，用细线一端挂空砝码盘，另一端与小车相连，将木板适当倾斜，使小车在木板上近似做匀速直线运动B.每次改变砝码及砝码盘总质量之后，应重新平衡摩擦力C.应让砝码及砝码盘总质量远大于小车及里面钩码总质量D.砝码及砝码盘总质量远小于小车及里面钩码总质量时，能够近似认为小车受到拉力等于砝码及砝码盘重力(2)图4甲为试验中按规范操作打出一条纸带一部分。从比较清楚点迹起，在纸带上标出了连续5个计数点A、B、C、D、E，相邻两计数点之间都有4个计时点没有标出，用刻度尺分别测量出A点到B、C、D、E距离如图4所表示，已知打点计时器接在频率为50Hz交流电源上，则此次试验中小车运动加速度测量值a＝________m/s2。(结果保留两位有效数字)13/41图4(3)某同学平衡摩擦力后，改变砝码盘中砝码质量，分别测量出小车加速度a。以砝码盘及砝码重力F为横坐标，以小车加速度a为纵坐标，得到如图乙所表示a－F图线，则图线不经过坐标原点主要原因是___________________________________________________________________________________。14/41解析

(1)平衡摩擦力时，应将细线从小车上取下，轻轻推进小车，使小车沿木板运动，经过打点计时器打出来纸带判断小车是否匀速运动，A错误；每次改变砝码及砝码盘总质量之后，不需要重新平衡摩擦力，B错误；应让砝码及砝码盘总质量远小于小车及里面钩码总质量，C错误；砝码及砝码盘总质量远小于小车及里面钩码总质量时，能够近似认为小车受到拉力等于砝码及砝码盘重力，D正确。(3)当F＝0时，a≠0，也就是说当细线上没有拉力时，小车就有加速度，这是平衡摩擦力时木板倾角θ偏大，即平衡摩擦力过分引发。

答案

(1)D

(2)1.2

(3)平衡摩擦力过分15/41【变式训练】2.如图5所表示为某同学探究加速度与力和质量关系试验装置，两个相同质量小车放在光滑水平板上，前端各系一条细绳，绳一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘中可放砝码。两小车后端各系一条细绳，一起被夹子夹着使小车静止。打开夹子，两小车同时开始运动；关上夹子，两小车同时停下来，用刻度尺测出两小车位移，下表是该同学在几次试验中统计数据。图516/41试验次数车号小车质量(g)小盘质量(g)车中砝码质量(g)盘中砝码质量(g)小车位移(cm)1甲50100015乙5010010302甲501001027.5乙50105010143甲50100018乙50101010

请回答下述问题：(1)在每一次试验中，甲、乙两车位移之比等于________之比，请简明说明试验原理：__________________________________________________________________________________________；17/41(2)第一次试验控制了________不变，在试验误差允许范围内可得出结论是_____________________________________________________________________________________________________；(3)第二次试验控制了________不变，在试验误差允许范围内可得出结论是_____________________________________________________________________________________________________；(4)第三次试验时，该同学先测量了甲车位移，再依据前两次试验结论，计算出乙车应该发生位移，然后再测量了乙车位移，结果他高兴地发觉，理论预言与实际符合得相当好。请问，他计算出乙车位移应该是________。18/41答案

(1)加速度；看法析(2)小车质量；小车加速度与拉力成正比(3)小车所受拉力；小车加速度与质量成反比(4)30cm19/41热点三试验改进与创新

以本试验为背景，经过改变试验条件、试验仪器设置题目，不脱离教材而又不拘泥教材，表达开放性、探究性、设计性等特点。

视角1试验器材改进20/41视角2数据测量改进视角3试验拓展延伸以“验证牛顿运动定律”为背景测量物块与木板间动摩擦因数。21/41【例3】

（·新课标全国卷Ⅰ）某同学利用图6甲所表示试验装置及数字化信息系统取得了小车加速度a与钩码质量m对应关系图，如图乙所表示。试验中小车（含发射器）质量为200g，试验时选择了不可伸长轻质细绳和轻定滑轮，小车加速度由位移传感器及与之相连计算机得到。回答以下问题：图622/41(1)依据该同学结果，小车加速度与钩码质量成

(填“线性”或“非线性”)关系。(2)由图乙可知，a－m图线不经过原点，可能原因是

。(3)若利用本试验装置来验证“在小车质量不变情况下，小车加速度与作用力成正比”结论，并直接以钩码所受重力mg作为小车受到合外力，则试验中应采取改进办法是

，钩码质量应满足条件是

。23/41解析(1)把图乙中点用平滑线连接后，能够看出，a－m图线是曲线即非线性。(2)由图象可知，小车受到钩码拉力作用，但加速度仍为零，可能原因是小车还受到摩擦力作用。(3)改进办法：第一图线不过原点，要平衡摩擦力，所以调整轨道倾斜度；第二，要使小车受到合外力等于钩码重力，要求钩码质量不能太大，即远小于小车质量。答案(1)非线性(2)存在摩擦力(3)调整轨道倾斜度以平衡摩擦力远小于小车质量24/41【变式训练】3.图7为测量物块与水平桌面之间动摩擦因数试验装置示意图。试验步骤以下：图7①用天平测量物块和遮光片总质量M，重物质量m，用游标卡尺测量遮光片宽度d，用米尺测量两光电门之间距离x；②调整轻滑轮，使细线水平；25/4126/41图827/4128/411.(·江西重点中学联考)(1)我们已经知道，物体加速度a同时跟合外力F和质量M两个原因相关。要研究这三个物理量之间定量关系，需采取思想方法是

。图9(2)某同学试验方案如图9所表示，她想用砂桶重力表示小车受到合外力F，为了降低这种做法带来试验误差，她先做了两方面调整办法：29/4130/41解析

(1)试验研究这三个物理量之间关系思想方法是控制变量法。(2)用小木块将长木板无滑轮一端垫高，目标是平衡摩擦力，只有在满足砂桶质量远小于小车质量时，拉力才可近似等于砂桶重力。(3)计算加速度时，用逐差法误差较小。答案

(1)控制变量法(2)平衡摩擦力砂桶重力(3)B31/412.某试验小组在试验室探究加速度与力、质量关系。(1)甲同学在小车所受合外力不变时，改变小车质量，得到数据以下表所表示：32/41图1033/4134/4135/41(2)木板倾角过大236/413.某同学利用如图11甲所表示装置探究“小车加速度与所受合外力关系”，详细试验步骤以下：图1137/41A.按照图示安装好试验装置，挂上砂桶(含少许砂子)；B.调整长木板倾角，轻推小车后，使小车沿长木板向下运动，且经过两个光电门时间相等；C.取下细绳和砂桶，测量砂子和桶总质量m，并记下；D.保持长木板倾角不变，不挂砂桶，将小车置于靠近滑轮位置，由静止释放小车，统计小车先后经过光电门甲和乙时显示时间；E.重新挂上细绳和砂桶，改变砂桶中砂子质量，重复B、C、D步骤。(1)若砂桶和砂子总质量为m，小车质量为M，重力加速度为g，则步骤D中小车加速下滑时所受协力大小为

。(忽略空气阻力)38/41(2)如图乙所表示，用游标卡尺测得小车上遮光片宽度为

mm。(3)若遮光片宽度为d，光电门甲、乙之间距离为l，经过光电门甲和乙时显示时间分别为t1、t2，则小车加速度a＝

。(4)相关本试验说法正确是

。A.砂桶和砂子总质量必须远小于小车质量B.小车质量必须远小于砂桶和砂子总质量C.平衡摩擦力时要取下细绳和砂