1、1、考法分析和解题技法（一）考法分析热门考法考法 1 实验原理与操作考法 2 数据处理与误差分析考法 3 创新实验设计（二）解题技法1. 实验原理与操作2. 数据处理（1）计算加速度在纸带上标明计数点，测量各计数点间的距离，根据逐差法计算各条纸带对应的加速度（2）图象法处理实验数据作图象找关系：根据记录的各组对应的加速度 a 与小车所受牵引力 F，建立直角坐标系，描点画 a-F 图象，如果图象是一条过原点的倾斜直线，便证明加速度与作用力成正比再根据记录的各组对应的加速度 a 与小车和砝码总质量 M，建立直角坐标系，描点画 a- 图象，如果图象是一条过1M原点的倾斜直线，就证明了加速度与质量成反
2、比3. 误差分析（1）因实验原理不完善引起的系统误差以小车、小盘和砝码整体为研究对象得 mg( Mm)a，以小车为研究对象得 FMa，求得F mg mgmgMM m 11 mM本实验用小盘和砝码的总重力 mg 代替对小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力小盘和砝码的总质量越小于小车的质量，由此引起的误差就越小因此，满足小盘和砝码的总质量远小于小车的质量的目的就是减小因实验原理不完善而引起的误差（2）摩擦力平衡不准确造成的误差在平衡摩擦力时，除了不挂小盘外，其他的均与正式实验一样( 比如要挂好纸带、接通打点计时器等 )，匀速运动的标志是打点计时器打出的纸带上各相邻两点间的距离
3、相等（3）质量测量误差、打点计时器打点时间间隔不等、纸带上各点距离测量误差、细绳或纸带不与木板平行等会引起误差 .4. 创新实验设计实验器材的改进用气垫导轨替代长木板，将气垫导轨调成水平，不用再平衡摩擦力数据测量的改进实验的拓展延伸 以“验证牛顿运动定律”为背景测量物块与木板间的动摩擦因数.二、真题再现考例 1 (2016 课标卷，T23)某物理课外小组利用图(a)中的装置探究物体加速度与其所受合外力之间的关系图中，置于实验台上的长木板水平放置，其右端固定一轻滑轮；轻绳跨过滑轮，一端与放在木板上的小滑车相连，另一端可悬挂钩码本实验中可用的钩码共有 N5 个，每个质量均为 0.010 kg.实验
4、步骤如下：(1)将 5 个钩码全部放入小车中，在长木板左下方垫上适当厚度的小物块，使小车( 和钩码)可以在木板上匀速下滑(2)将 n(依次取 n1,2,3,4,5)个钩码挂在轻绳右端，其余 Nn 个钩码仍留在小车内；用手按住小车并使轻绳与木板平行释放小车，同时用传感器记录小车在时刻 t 相对于其起始位置的位移s，绘制 st 图象，经数据处理后可得到相应的加速度 a.(3)对应于不同的 n 的 a 值见下表n2 时的 s-t 图象如图 (b)所示；由图(b)求出此时小车的加速度( 保留 2 位有效数字)，将结果填入下表.n 1 2 3 4 5a/(ms2 ) 0.20 0.58 0.78 1.0
5、0(4)利用表中的数据在图(c) 中补齐数据点，并作出 a-n 图象从图象可以看出：当物体质量一定时，物体的加速度与其所受的合外力成正比(5)利用 a-n 图象求得小车 (空载)的质量为_kg( 保留 2 位有效数字，重力加速度取 g9.8 ms2 )(6)若以“保持木板水平”来代替步骤(1)，下列说法正确的是_(填入正确选项前的标号)Aa-n 图线不再是直线Ba-n 图线仍是直线，但该直线不过原点Ca-n 图线仍是直线，但该直线的斜率变大【答案】 (3)0.39 (4) 见解析图 (5)0.44 (6)BC【解析】 (3)因为小车做初速度为零的匀加速直线运动，故将 (2 s,0.78 m)代
6、入 s at2 可得12a0.39 m/s 2.(4)根据描点法可得如图所示图线【考法】数据处理和实验设计创新。 预测 3 某实验小组利用下图所示的装置探究加速度与力、质量的关系(1)(多选 )下列做法正确的是( )A调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行B在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上C实验时，先放开木块再接通打点计时器的电源D通过增减木块上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度(2)为使砝码桶及桶内砝码的总重力在数值上近似等于木块运动时受到的拉力，应满足的条件是砝码桶及桶内砝码的总质量_木块和木块上砝码的总质量(填“远大于”
7、 、 “远小于”或“近似等于”)(3)甲、乙两同学在同一实验室，各取一套如图所示的装置放在水平桌面上，木块上均不放砝码，在没有平衡摩擦力的情况下，研究加速度 a 与拉力 F 的关系，分别得到图中甲、乙两条直线，设甲、乙用的木块质量分别为 m 甲 、 m 乙 ，甲、乙用的木块与木板间的动摩擦因数分别为 甲 、 乙 ，由图可知，m 甲 _m 乙 ， 甲 _ 乙 (填“大于” 、 “小于”或“等于”)【答案】(1)AD (2) 远小于 (3)小于 大于(2)实验中平衡好摩擦力后，绳的拉力提供木块所受的合力，即 Fma ；砝码桶及桶内砝码与木块运动的速度相等，由牛顿第二定律得 mgFm a，两式联立得
8、 F ，即当mmgm m mg1 mmmm 时，砝码桶及桶内砝码的总重力近似等于木块运动时受到的拉力，提供木块所受的合力，故应选填“远小于 ”(3)实验中如果没有平衡摩擦，对木块进行受力分析，根据牛顿第二定律 Fmgma ，得 aFg ，即 a-F 图象中，斜率表示质量的倒数 ，a 轴上的截距的绝对值表示 g，结合图可得 m 甲1m 1mm 乙 ， 甲 乙【考法】实验原理与操作、数据处理与误差分析。四、跟踪速练1. (2018 吉林实验中学检测) 某同学设计了一个探究加速度 a 与物体所受合力 F 及质量 m 关系的实验，图甲为实验装置简图(交流电的频率为 50 Hz)(1)图乙为某次实验得到
9、的纸带，根据纸带可求出小车的加速度大小为_m/s 2.(保留两位有效数字)(2)保持砂和砂桶质量不变，改变小车质量 m，分别得到小车加速度 a 与质量 m 及对应的 ，数1m据见下表：实验次数 1 2 3 4 5 6 7 8小车加速度a/(ms2 ) 1.90 1.72 1.49 1.25 1.00 0.75 0.50 0.30小车质量m/kg 0.25 0.29 0.33 0.40 0.50 0.71 1.00 1.67/kg11m4.00 3.45 3.03 2.50 2.00 1.41 1.00 0.60请在图丙给出的方格坐标纸中画出 a 图线，并根据图线判定小车加速度 a 与质量的倒数
10、1m之间的关系是_1m(3)保持小车质量 m 不变，改变砂和砂桶质量 M，该同学根据实验数据作出了加速度 a 随合力F 变化的图线如图丁所示该图线不通过原点，其主要原因是_.【答案】 (1)3.2 (2) 图见解析 正比关系【解析】(1)根据纸带数据可知 x0.5110 2 m，T20.02 s0.04 s，所以 a 3.2 m/s2.xT2(2)a 图线如图所示1ma 图线为过原点的直线，说明小车加速度 a 与质量的倒数 之间是正比关系1m 1m(3)根据图线可知，当拉力 F 增加到某一值时，小车才具有加速度，所以小车还受到较大的摩擦力影响(3)未平衡摩擦力或平衡摩擦力不充分2图(a)为测量
11、物块与水平桌面之间动摩擦因数的实验装置示意图实验步骤如下：用天平测量物块和遮光片的总质量 M、重物的质量 m；用游标卡尺测量遮光片的宽度 d；用米尺测量两光电门之间的距离 s；调整轻滑轮，使细线水平；让物块从光电门 A 的左侧由静止释放，用数字毫秒计分别测出遮光片经过光电门 A 和光电门 B 所用的时间 tA和 tB，求出加速度 a；多次重复步骤 ，求 a 的平均值 ；根据上述实验数据求出动摩擦因数 .回答下列问题：(1)测量 d 时，某次游标卡尺( 主尺的最小分度为 1 mm)的示数如图(b)所示，其读数为_cm.(2)物块的加速度 a 可用 d、s、t A和 tB表示为 a_.(3)动摩擦
12、因数 可用 M、m、 和重力加速度 g 表示为 _.a(4)如果细线没有调整到水平，由此引起的误差属于_(填“偶然误差”或“系统误差”)【答案】(1)0.960 (2) (3) (4) 系统误差(3)以 M、m 组成的系统为研究对象，由牛顿第二定律得：mgMg(M m) ，解得 a.(4)如果细线没有调整到水平，由此引起的误差属于系统误差3某探究小组设计了“用一把尺子测定动摩擦因数”的实验方案如图所示，将一个小球和一个滑块用细绳连接，跨在斜面上端开始时小球和滑块均静止，剪断细绳后，小球自由下落，滑块沿斜面下滑，可先后听到小球落地和滑块撞击挡板的声音保持小球和滑块释放的位置不变，调整挡板位置，重
13、复以上操作，直到能同时听到小球落地和滑块撞击挡板的声音用刻度尺测出小球下落的高度 H、滑块释放点与挡板处的高度差 h 和沿斜面运动的位移 x(空气阻力对本实验的影响可以忽略) (1)滑块沿斜面运动的加速度与重力加速度的比值为_ (2)滑块与斜面间的动摩擦因数为_(3)以下能引起实验误差的是_a滑块的质量b当地重力加速度的大小c长度测量时的读数误差d小球落地和滑块撞击挡板不同时【答案】(1) (2) (3)cdxH【解析】(1)同时听到声音说明小球与滑块运动时间相同，设为 t，则小球做自由落体运动，H gt2，滑12块沿斜面下滑做匀加速直线运动，x at2，由以上两式可得 .12 ag xH(2
14、)对木块进行受力分析如图所示，由牛顿第二定律得沿斜面方向mgsin F fma垂直斜面方向 FNmgcos 0又有 FfF N由以上三式解得 agsin gcos 又 sin ，cos ， hx x2 h2x ag xH代入可得 d 正确 11.某同学设计了如图 9 所示的装置来探究加速度与力的关系.把打点计时器固定在长木板上，让纸带穿过打点计时器连在小车的左端.将数字测力计固定在小车上，小车放在长木板上.在数字测力计的右侧拴有一细线，细线跨过固定在木板边缘的定滑轮与一重物相连，在重物的牵引下，小车在木板上加速运动，数字测力计可以直接显示细线拉力的大小.图 9(1)采用数字测力计测量细线拉力与
15、用重物重力代替拉力的方法相比，下列说法正确的是_(填选项前的字母).A.可以不用平衡摩擦力B.直接测量小车(包括测力计)所受的拉力，可以减少误差C.利用此实验装置还需要测量重物的质量D.重物的质量要远小于小车和数字测力计的总质量(2)图 10 是某同学在此实验中获得的一条纸带，其中两相邻计数点间有四个点未画出，已知打点计时器使用的交流电源的频率为 50 Hz，则小车运动的加速度 a_m/s 2.图 10(3)保持小车和数字测力计的总质量一定，改变钩码的质量，测出相应的加速度，采用图象法处理数据.请同学们根据测量数据在图 11 中作出 aF 图象.图 11【答案】 (1)B (2)0.39 (3
16、)如图所示12.(2018 山东日照市高三上学期期中 )如图 1 所示，某同学设计了一个测量滑块与木板间的动摩擦因数的实验装置，装有定滑轮的长木板固定在水平实验台上，木板上有一滑块，滑块右端固定一个动滑轮，钩码和弹簧测力计通过绕在滑轮上的轻绳相连，放开钩码，滑块在长木板上做匀加速直线运动图 1(1)实验得到一条如图 2 所示的纸带，相邻两计数点之间的时间间隔为 0.1 s，由图中的数据可知，滑块运动的加速度大小是_m/s 2.(计算结果保留两位有效数字)图 2(2)读出弹簧测力计的示数 F，处理纸带，得到滑块运动的加速度 a；改变钩码个数，重复实验以弹簧测力计的示数 F 为纵坐标，以加速度 a
17、 为横坐标，得到的图象是纵轴截距为 b 的一条倾斜直线，如图 3 所示已知滑块和动滑轮的总质量为 m，重力加速度为 g，忽略滑轮与绳之间的摩擦则滑块和木板之间的动摩擦因数 _.图 3【答案】 (1)2.4 (2)2bmg13.图甲为验证牛顿第二定律的实验装置示意图图中打点计时器的电源为 50 Hz 的交流电源，打点的时间间隔用 t 表示在小车质量未知的情况下，某同学设计了一种方法用来探究“在外力一定的条件下，物体的加速度与其质量间的关系”(1)完成下列实验步骤中的填空：平衡小车所受的阻力：小吊盘中不放物块，调整木板右端的高度，用手轻拨小车，直到打点计时器打出一系列_的点按住小车，在小吊盘中放入
18、适当质量的物块，在小车中放入砝码打开打点计时器电源，释放小车，获得带有点列的纸带，在纸带上标出小车中砝码的质量 m.按住小车，改变小车中砝码的质量，重复步骤 .在每条纸带上清晰的部分，每 5 个间隔标注一个计数点测量相邻计数点的间距 s1，s 2，.求出与不同 m 相对应的加速度 a.以砝码的质量 m 为横坐标， 为纵坐标，在坐标纸上作出 m 关系图线若加速度与小车1a 1a和砝码的总质量成反比，则 与 m 应成_关系( 填“ 线性”或“非线性”)1a(2)完成下列填空：本实验中，为了保证在改变小车中砝码的质量时，小车所受的拉力近似不变，小吊盘和盘中物块的质量之和应满足的条件是_设纸带上三个相
19、邻计数点的间距为 s1、s 2 和 s3.a 可用 s1、s 3 和 t 表示为 a_.图乙为用米尺测量某一纸带上的 s1、s 3 的情况，由图可读出 s1_mm ，s 3_mm. 由此求得加速度的大小 a_m/s 2.图丙为所得实验图线的示意图设图中直线的斜率为 k，在纵轴上的截距为 b，若牛顿第二定律成立，则小车受到的拉力为_，小车的质量为_【答案】 (1)间隔均匀 线性 (2) 远小于小车的质量 24.2 47.2 1.15 s3 s150t2 1k bk【解析】(1)平衡好小车所受的阻力，小车做匀速运动，打点计时器打出的点间隔基本相等；根据牛顿第二定律可得 F(M m)a，则 ， 与
20、m 为一次函数关系，是线性关系1a MF mF 1a(2)为保证小车所受拉力近似不变，应满足小吊盘和盘中物块的质量之和远小于小车的质量由 xaT 2 可知，a ，由图可读出 s136.7 mm12.5 mm24.2 s3 s125t2 s3 s150t2mm，s 3120.0 mm72.8 mm47.2 mm，换算后代入上式中，得 a1.15 m/s 2.设小车质量为 M，由(1)中分析知 ，结合图象可知， k，则 F ； b，则1a MF mF 1F 1k MFMbF .bk14为了“探究加速度与力、质量的关系”，现提供如图甲所示的实验装置：(1)以下实验操作正确的是_。A将木板不带滑轮的一
21、端适当垫高，使小车在砝码及砝码盘的牵引下恰好做匀速运动B调节滑轮的高度，使细线与木板平行C先接通电源后释放小车D实验中小车的加速度越大越好(2)在实验中，得到一条如图乙所示的纸带，已知相邻计数点间的时间间隔为 T0.1 s，且间距x1、x 2、x 3、x 4、x 5、x 6 已量出分别为 3.09 cm、3.43 cm、 3.77 cm、4.10 cm、4.44 cm、4.77 cm，则小车的加速度 a_ m/s2(结果保留两位有效数字)。(3)有一组同学保持小车及车中的砝码质量一定，探究加速度 a 与所受外力 F 的关系，他们在轨道水平及倾斜两种情况下分别做了实验，得到了两条 aF 图线，如
22、图丙所示，图线_是在轨道倾斜情况下得到的(填 “”或“”) ；小车及车中砝码的总质量 m_ kg。【答案】(1)BC (2)0.34 (3) 0.5行，故 B 正确；使用打点计时器时，先接通电源后释放小车，故 C 正确；实验中小车的加速度不是越大越好，加速度太大，纸带打的点太少，不利于计算，故 D 错误。k2，所以 m0.5 kg。 15某实验小组在“探究加速度与物体受力的关系”实验中，设计出如下的实验方案，其实验装置如图所示。已知小车质量 M214.6 g，砝码盘质量 m08.0 g，打点计时器所使用的交流电频率f50 Hz。其实验步骤是：A按图中所示安装好实验装置；B调节长木板的倾角，轻推
23、小车后，使小车能沿长木板向下做匀速运动；C取下细绳和砝码盘，记下砝码盘中砝码的质量 m；D将小车置于打点计时器旁，先接通电源，再放开小车，打出一条纸带，由纸带求得小车的加速度 a；E重新挂上细绳和砝码盘，改变砝码盘中砝码的质量，重复 BD 步骤，求得小车在不同合外力 F 作用下的加速度。回答下列问题：(1) 按上述方案做实验，是否要求砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量？_(填“是”或“否”)。(2) 实验中打出的其中一条纸带如图所示，由该纸带可求得小车的加速度 a_m/s 2。(3)某同学将有关测量数据填入他所设计的表格中，如下表：次数 1 2 3 4 5砝码盘中砝码的重力 F/N 0.10 0.20 0.29 0.39 0.49小车的加速度 a/(ms2 ) 0.88 1.44 1.84 2.38 2.89他根据表中的数据画出 aF 图象(如图) 。造成图线不过坐标原点的最主要原因是_，从该图线延长线与横轴的交点可求出的物理量是_，其大小为_。【答案】(1)否 (2)0.88 (3)在计算小车所受的合外力时未计入砝码盘的重力(只要涉及“ 未考虑砝码盘质量的因素”就算正确) 砝码盘的重力 0.08 N
