江苏省高考物理第三章牛顿运动定律实验三加速度与物体质量、物体受力的关系讲义（含解析）

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1、实验三　加速度与物体质量、物体受力的关系1．实验目的(1)学会用控制变量法研究物理规律．(2)验证牛顿第二定律．(3)掌握利用图象处理数据的方法．2．实验原理采用控制变量法：(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．(3)作出a－F图象和a－图象，确定其关系．3．实验器材小车、砝码、小盘、细绳、一端附有定滑轮的长木板、薄木板、打点计时器、低压交流电源、导线两根、纸带、天平、米尺．4．实验步骤(1)测量：用天平测量小盘和砝码的质量m′和小车的质量m.(2)安装：按照如图1所示装置把

2、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)．图1(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板，使小车能匀速下滑．(4)操作步骤：①小盘通过细绳绕过定滑轮系于小车上，先接通电源后放开小车，断开电源，取下纸带编号码．②保持小车的质量m不变，改变小盘和砝码的质量m′，重复步骤①.③在每条纸带上选取一段比较理想的部分，测加速度a.④描点作图，作a－F图象．⑤保持小盘和砝码的质量m′不变，改变小车质量m，重复步骤①和③，作a－图象．5．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

3、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计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′.(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．6．误差分析(1)实验原理不完善：本实验用小盘和砝码的总重力m′g代替小车所受的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力．(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

4、板平行都会引起误差．7．数据处理(1)利用Δx＝aT2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、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．命题点一　教材原型实验例1　(2018·无锡市期中)在探究物体质量一定，加速度与所受合外力的关系时，采用如图2所示的实验装置，小车及车中的砝码质量用M表示，盘及盘中的砝码质量用m表示，小车的加速度可由小车后面拖动的纸带上打点计时器打出的点计算出：图2(1)实验中以下做法正确的是

5、________．A．平衡摩擦力时，小车应连上纸带，接通打点计时器电源B．平衡摩擦力时，应将盘及盘中的砝码用细绳通过定滑轮系在小车上C．实验时，小车应在靠近滑轮处释放D．调整滑轮的高度，使牵引小车的细绳与长木板平行(2)M与m的关系应满足m远远小于M，这样做的目的是__________________．(3)如图3所示为某次实验得到的纸带，实验中打点计时器接50Hz交流电源．纸带中计数点间的距离已标出，由此可以得小车的加速度大小约为________m/s2.(结果保留两位有效数字)图3图4(4)某实验小组得到的aF图线如图4所示

6、，图线未过坐标原点的原因可能是______________；图线末端弯曲的原因是______________________________．答案　(1)AD　(2)使绳中的张力近似等于盘和盘中砝码的总重力　(3)3.2　(4)未平衡摩擦力或者平衡摩擦力不足　没有满足m远小于M解析　(1)平衡摩擦力时，小车应连上纸带，接通打点计时器电源，故A正确；平衡摩擦力的方法就是将木板一端垫高，撤去盘及盘中的砝码，使小车在木板上做匀速直线运动，故B错误；实验时，小车应在靠近打点计时器处释放，故C错误；调节滑轮的高度，使牵引小车的细绳与长木板

7、保持平行，否则拉力不会等于小车所受合力，故D正确.(2)根据牛顿第二定律可知：mg＝(M＋m)a，解得：a＝，F＝Ma＝＝，当m远远小于M时，F近似等于mg，故目的是使绳中的张力近似等于盘和盘中砝码的总重力．(3)根据Δx＝aT2得：a＝m/s2≈3.2m/s2(4)图线不通过坐标原点O，即开始施加拉力时，加速度为零，则知未平衡摩擦力或者平衡摩擦力不足．aF图线的斜率表示质量的倒数，开始mg比较小，近似等于细绳的拉力，斜率为M的倒数，斜率不变．当m比较大，不再满足M远大于m，所以图线末端弯曲．变式1　(2018·苏州市期初调研)

8、在“探究加速度与小车质量关系”实验中，实验小组采用如图5所示的装置．M表示小车及砝码的总质量，m表示沙桶及沙的总质量．图5(1)为使实验中小车所受合外力等于细线的拉力，应采取的措施是________；为使细线对小车拉力大小近似等于沙桶和沙的重力mg，应控制的实验