第三章運動和力的關(guān)系

第16課時實驗四：探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系

"IS"'

!考點一實驗技能儲備............................................................1

\1.實驗?zāi)康?......................................................................1

\2.實驗原理.......................................................................2

\3.實驗器材.......................................................................2

\4.實驗過程.......................................................................2

15.數(shù)據(jù)處理.......................................................................2

\6.注意事項.......................................................................3

：7.誤差分析.......................................................................3

\考點二探索創(chuàng)新實驗............................................................5

I

\【限時訓練】（限時：50分鐘）....................................................7

【考情分析?探規(guī)律】

知識點年份涉及試卷及題號

考

2021海南卷

情

動力學中的連接體和臨2022山東卷?13

分

界、極值問題

2023北京卷?6

析

2024浙江1月選考?161

試跳水、蹦床、蹦極、火箭發(fā)射、無人機、跳傘運動、電梯內(nèi)

生活實踐類

的超重及失重

題

情傳送帶模型，板塊模型，探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系，測

學習探究類

量動摩擦因數(shù)

境

【知識梳理】

考點一實驗技能儲備

1.實驗?zāi)康?/p>

⑴學會用控制變量法研究物理量之間的關(guān)系。

⑵探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系。

⑶掌握利用圖像處理數(shù)據(jù)的方法。

2.實驗原理

⑴保持質(zhì)量不變，探究加速度與的關(guān)系。

(2)保持合外力不變，探究加速度與—的關(guān)系。

(3)作出J圖像利:圖像確定a與尸、加的關(guān)系。

3.實驗器材

小車、槽碼、細繩、一端附有定滑輪的長木板、墊木、打點計時器、學生電源、導(dǎo)線、

紙帶、天平、刻度尺、坐標紙等。

4.實驗過程

(1)測量：用天平測量槽碼的質(zhì)量7〃'和小車的質(zhì)量m。

⑵安裝：按照如圖所示裝置把實驗器材安裝好，只是不把懸掛槽碼的細繩系在小車上(即

不給小車)o

(3)平衡阻力：在長木板不帶定滑輪的一端下面墊上墊木，使小車能—下滑。

(4)操作：①槽碼通過細繩繞過定滑輪系于小車上，先后,斷開電源,

取下紙帶，編上號碼。

②保持小車的質(zhì)量機不變，改變槽碼的質(zhì)量相，，重復(fù)步驟①。

③在每條紙帶上選取一段比較理想的部分，計算加速度a。

④描點作圖，作a—F圖像。

⑤保持槽碼的質(zhì)量不變，改變小車質(zhì)量相，重復(fù)步驟①和③，作。一工圖像。

m

5.數(shù)據(jù)處理

(1)利用逐差法或v-t圖像法求a。

(2)以。為縱坐標，F(xiàn)為橫坐標，描點、畫線，如果該線為過原點的直線，說明。與產(chǎn)成

正比。

(3)以。為縱坐標，工為橫坐標，描點、畫線，如果該線為過原點的直線，就能判定。與

m

m成反比。

6.注意事項

(1)開始實驗前首先平衡阻力：適當墊高木板不帶定滑輪的一端，使小車的重力沿斜面方

向的分力正好平衡o在平衡阻力時，不要把懸掛槽碼的細繩系在

小車上，讓小車拉著穿過打點計時器的紙帶勻速運動。

(2)實驗過程中不用重復(fù)平衡阻力。

(3)實驗必須保證的條件：m?m'.

(4)一先一后一按：改變拉力或小車質(zhì)量后，每次開始時小車應(yīng)盡量靠近,并

應(yīng)先,后，且應(yīng)在小車碰到滑輪前按住小車。

7.誤差分析

(1)實驗原理不完善：本實驗用槽碼的總重力代替小車的拉力，而實際上小車所受的拉力

要小于槽碼的總重力。

(2)平衡阻力不準確、質(zhì)量測量不準確、計數(shù)點間距離測量不準確、紙帶和細繩不嚴格與

木板平行都會引起誤差。

；【小試牛刀】

【典例】1.(2025?山東煙臺市?？?用如圖甲所示的裝置探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系。

小,紙帶打點計時器

I

沙桶科U

甲

I(1)除了圖中所給器材以及交流電源和導(dǎo)線外，在下列器材中，還必須使用的兩種器

I材是(選填正確選項的字母)。

\A.秒表B.天平(含祛碼)

\C.彈簧測力計D.刻度尺

|(2)實驗前平衡阻力的做法是：把實驗器材安裝好，先不掛沙桶，將小車放在木板上,

Ii后面固定一條紙帶，紙帶穿過打點計時器。用墊塊把木板不帶滑輪一端墊高，接通

\打點計時器，讓小車以一定初速度沿木板向下運動，并不斷調(diào)節(jié)木板的傾斜度，直

I到小車拖動紙帶沿木板做運動。

「5歷崔銀S呆麗福贏董另茬藪置工逋。琴至示下京擊i?菱面前茄廠籥漓適而嘉祥”

\是沙桶及沙的總質(zhì)量_______小車的總質(zhì)量。(選填“遠大于”“遠小于”或“近似

\等于”)

\(4)實驗中打出的一條紙帶的一部分如圖乙所示。紙帶上標出了連續(xù)的3個計數(shù)點A、

\B.C,相鄰計數(shù)點之間還有4個點沒有標出。打點計時器接在頻率為50Hz的交流

I

\電源上。則打點計時器打3點時，小車的速度迎=—m/so多測幾個點的速度作

(5)為探究加速度和力的關(guān)系，要保證________的總質(zhì)量不變，改變沙桶內(nèi)沙的質(zhì)量,

重復(fù)做幾次實驗，通過實驗數(shù)據(jù)來研究加速度和力的關(guān)系。

(6)在探究加速度與力的關(guān)系時，該同學根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出的。一尸圖像如圖丙所示，

發(fā)現(xiàn)該圖線不通過坐標原點且3c段明顯偏離直線，分析其產(chǎn)生的原因，下列說法正

確的是O

A.不通過坐標原點可能是因為平衡阻力不足

B.不通過坐標原點可能是因為平衡阻力過度

C.圖線3c段彎曲可能是沙桶及沙的總質(zhì)量未滿足遠小于小車總質(zhì)量的條件

D.圖線3C段彎曲可能是沙桶及沙的總質(zhì)量未滿足遠大于小車總質(zhì)量的條件

(7)在探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系時，要保證沙和沙桶的質(zhì)量不變。若沙和沙桶的質(zhì)量

機與小車的總質(zhì)量M間的關(guān)系不滿足第(3)問中的條件，且已正確平衡阻力，由實驗

數(shù)據(jù)作出“一士圖線，則圖線應(yīng)如圖中的所示(選填正確選項的字母)。

M+m----------------

考點二探索創(chuàng)新實驗

【典例】1.如圖甲所示，某實驗小組利用驗證牛頓第二定律的實驗裝置測定物塊與木

板之間的動摩擦因數(shù)，實驗裝置正確安裝后，調(diào)節(jié)木板及物塊右側(cè)兩段細繩水平。

實驗開始時在沙桶中放入適量的細沙，物塊做加速運動，打出的紙帶如圖乙所示，

已知所用交流電源的頻率為50Hz,重力加速度大小為go

沙桶

甲

⑴本實驗中，沙和沙桶的質(zhì)量_______（選填“需要”或“不需要”）遠小于物塊的質(zhì)

里；

（2）已讀出彈簧測力計的示數(shù)為凡為進一步測量動摩擦因數(shù)，下列物理量中還需測

量的有;

；A.木板的長度LB.物塊的質(zhì)量機

I

C.沙和沙桶的質(zhì)量/D.物塊的運動時間r

（3）圖乙中給出了實驗中獲取的紙帶的一部分數(shù)據(jù)，0、1、2、3、4是計數(shù)點，每相

鄰兩計數(shù)點間還有4個點（圖中未標出），計數(shù)點間的距離如圖乙所示。則打下計數(shù)點

2時物塊對應(yīng)的速度大小。=m/s；本次實驗物塊對應(yīng)的加速度大小a=

m/s2（結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字）；

（4）改變沙桶內(nèi)細沙的質(zhì)量，測量出對應(yīng)的加速度。和彈簧測力計的示數(shù)只若用圖

像法處理數(shù)據(jù)，得到了如圖丙所示的一條傾斜的直線，如果該圖線的橫軸截距等于b,

斜率為鼠則動摩擦因數(shù)〃=（用題目中給的反k、g表示）。

【典例】2.做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗時，圖甲是教材中的實驗方案;

圖乙是拓展方案，其實驗操作步驟如下：

(i)掛上托盤和祛碼，改變木板的傾角，使質(zhì)量為M的小車拖著紙帶沿木板勻速下

「骨；

I

;(ii)取下托盤和祛碼，測出其總質(zhì)量為機，讓小車沿木板下滑，測出加速度a；

(出)改變祛碼質(zhì)量和木板傾角，多次測量，通過作圖可得到a—產(chǎn)的關(guān)系。

(1)實驗獲得如圖丙所示的紙帶，計數(shù)點a、b、c、d、e、/間均有四個點未畫出，打

點計時器所接電源頻率為50Hz,則在打d點時小車的速度大小Vd=m/s(保

留兩位有效數(shù)字)；

i

abedef

1響1|1111|111而甲加@l|llll|llll|lll響1|111甲111|11叩1111

29303132333435363738

______________________________cm

丙

(2)需要滿足條件M?m的方案是(選填“甲”“乙”或“甲和乙”)；在作a

-F圖像時，把mg作為尸值的是(選填“甲”“乙”或“甲和乙”)。

【解題技巧】

創(chuàng)新角度實驗舉【典例】

光電數(shù)字光電

門滑塊遮光條

拉力.導(dǎo)軌

傳感器］，一節(jié)￥1,,節(jié)，，

實驗器材創(chuàng)新

槽碼刻度尺

位移傳感器，速度傳感器，拉力傳感器，氣墊導(dǎo)軌，光電門

打點計時器

U

掛上托盤和硅碼，改變木板的傾角，使質(zhì)量為M的小車拖著紙帶沿木

實驗原理創(chuàng)新

板勻速下滑，取下托盤和聯(lián)碼，測出其總質(zhì)量為m，讓小車沿木板下滑，

可知小車所受合力為加g。改變祛碼質(zhì)量，多次重復(fù)實驗探究加速度與

物體受力關(guān)系。

遮光條光嚴臂門

物燈

1IX

實驗?zāi)康膭?chuàng)新（1）先求出物塊的加速度。；

⑵結(jié)合牛頓第二定律，由得出物塊與水平桌面間

的動摩擦因數(shù)。

【限時訓練】（限時：50分鐘）

1.（9分X2024?浙江1月選考」6I）如圖甲所示是“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實

驗裝置。

（1）（1分）該實驗中同時研究三個物理量間關(guān)系是很困難的，因此我們采用的研究方法

是O

A.放大法B.控制變量法C.補償法

（2）（1分）該實驗過程中操作正確的是。

A.平衡阻力時小車未連接紙帶

B.先接通打點計時器電源，后釋放小車

C.調(diào)節(jié)滑輪高度使細繩與水平桌面平行

（3）（3分）在小車質(zhì)量_______（選填“遠大于”或“遠小于”）槽碼質(zhì)量時,可以認為細繩

拉力近似等于槽碼的重力。上述做法引起的誤差為（選填“偶然誤差”或“系

統(tǒng)誤差”）。為減小此誤差，下列可行的方案是。

A.用氣墊導(dǎo)軌代替普通導(dǎo)軌，滑塊代替小車

B.在小車上加裝遮光條，用光電計時系統(tǒng)代替打點計時器

C.在小車與細繩之間加裝力傳感器，測出小車所受拉力大小

（4）（4分）經(jīng)正確操作后獲得一條如圖乙所示的紙帶，建立以計數(shù)點0為坐標原點的x軸，

各計數(shù)點的位置坐標分別為0、尤1、…、尤6。已知打點計時器的打點周期為T,則打計數(shù)

點5時小車速度的表達式。=；小車加速度的表達式是。

0%]x2%3%4+5

6123456%

y.....?....?

ri'ri'ri'i'rri'i'rrrrri'rrrrri'rrrri'i'i'rri'i'rrrri'i'ri'rri'i'i'i'TTT

0c1m2345678910II1213141516171819202122232425262728299）313233313536373839404142B44454647484950

乙

a

BL哥1

比5+x4一（無3+尤2）

C.a=(107)2

2.（9分）小明同學用如圖甲所示的裝置來完成探究“加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗。

(單位：cm)

~BCDEF7

OA??

19.65-----------------------------I

乙

（1）（3分）用該裝置進行實驗，（選填“需要”或“不需要”）平衡阻力；

（2）（3分）根據(jù)實驗要求進行實驗，實驗得到如圖乙所示的一條紙帶，已知電源的頻率為

50Hz,每兩個相鄰計數(shù)點間還有四個計時點沒有畫出，則小車運動的加速度大小為一

m/s2（保留2位有效數(shù)字）；

（3）（3分）改變鉤碼的質(zhì)量，根據(jù)得到的多條紙帶得到小車運動的加速度大小a并記錄對

應(yīng)的力傳感器的示數(shù)?則根據(jù)實驗數(shù)據(jù)得到的。一尸圖像可能是。

3.（9分）某實驗小組的同學利用如圖所示的實驗裝置探究小車勻加速運動速度和位移的

關(guān)系并測量小車（含遮光條）的質(zhì)量以下是該實驗的主要步驟：

①用刻度尺測量出遮光條的寬度d；

②掛上托盤和祛碼，改變木板的傾角，使小車（含遮光條）沿木板勻速下滑；

③取下托盤和祛碼，測出其總質(zhì)量為怙讓小車從起點由靜止出發(fā)沿木板下滑通過光電

門并通過計算機記錄了擋光時間AZ；

④改變祛碼質(zhì)量和木板傾角，重復(fù)步驟②③，每次釋放小車位置相同且光電門在木板上

位置不變，用刻度尺測出小車在起點時遮光條的中點到光電門的距離3已知重力加速

度為g。

根據(jù)實驗步驟回答以下問題：（結(jié)果均用"八k、g、d、L表示）

（1）（4分）根據(jù)步驟③可知，小車受到的合外力為。

（2）（5分）某小組成員通過實驗記錄的數(shù)據(jù)作出加一念圖像，如圖所示，若已知該圖像

斜率為k,則小車的質(zhì)量。

°(Ar)2

4.（11分）有同學設(shè)計了如圖所示的實驗裝置來探究加速度與力的關(guān)系，主要的實驗步驟

是:

①用游標卡尺測出小車上遮光條的寬度力用刻度尺測量光電門1、2之間的距離L以

及鉤碼質(zhì)量m；

②小車置于一端帶有定滑輪的木板上，用一根細線繞過定滑輪，細線一端與小車相連,

另一端不掛鉤碼，把6個質(zhì)量均為根的鉤碼置于小車內(nèi)，調(diào)節(jié)木板的傾斜程度使小車在

木板上勻速下滑；

③將小車內(nèi)的鉤碼取1個掛于細線的另一端，使細線與木板平行，讓小車從木板頂部沿

木板勻加速下滑，依次記錄下小車經(jīng)過光電門1、2的時間△?、計算出小車的加速

度d\;

④依次從小車上取下2個、3個、4個、5個、6個鉤碼分別掛于細線另一端，重復(fù)上述

步驟，測出小車對應(yīng)的加速度。2、。3、。4、的、燃；

⑤在坐標紙上描點作出小〃圖像（〃是指掛在細線另一端鉤碼的個數(shù)）。

已知：小車（含遮光條）的質(zhì)量用M表示，當?shù)氐闹亓铀俣葹間。

（1）（2分）某次實驗時，測得遮光條通過光電門1、2的擋光時間分別為△力和△宿小車的

加速度大小為。=（用d、L、△力和△打表示）；

（2）（2分）圖像的斜率七（用/、〃八g來表示）；

（3）（4分）該實驗裝置_________（填"需要"或"不需要"）小車質(zhì)量M遠大于鉤碼質(zhì)量m；如

何判斷小車在未掛鉤碼時做勻速直線運動：;

（4）（