1、1实验 4 探究加速度与力、质量的关系(必考)考纲解读 (1)学会用控制变量法研究物理规律。(2)学会灵活运用图象法处理物理问题的方法。(3)探究加速度与力、质量的关系，并验证牛顿第二定律。1.实验方法：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，如果在纸带上打出的点的间隔是均匀的，表明小车受到的阻力跟它的重力沿斜面向下的分力平衡。3.不重复平衡摩擦力：平衡了摩擦力后，不管以后是改变小盘和砝码的总质量还是改变小车和砝码的总质量，都不需要重新平衡摩擦力。4.实验条件： Mm。只有如此，小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力。5.一
2、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量靠近打点计时器，并应先接通电源，后放开小车，且应在小车到达滑轮前按住小车。6.作图：作图时两轴标度比例要适当，各量须采用国际单位，这样作图线时，坐标点间距不至于过密，误差会小些。21.因实验原理不完善引起的误差：本实验用小盘和砝码的总重力 mg 代替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力。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起误差。考点一 实验原理与基本操作1.在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，需要平衡摩擦力。平衡摩擦力时，应该让小车( )A.挂上小盘，拖
3、上纸带，开动打点计时器B.不挂小盘，拖上纸带，开动打点计时器C.挂上小盘，不拖纸带D.不挂小盘，不拖纸带解析 平衡摩擦力时，应把纸带所受的摩擦阻力一起平衡掉，所以应让小车拖上纸带，且让打点计时器处于工作状态，B 正确。答案 B2.在保持小车质量 m 不变，探究加速度 a 与力 F 的关系时，小车质量 m 和小盘及盘中砝码质量 m分别选取下列四组值。若其他操作都正确，要使所画出的 a F 图线较准确，应选用的一组值是( )A.m500 g， m分别为 50 g、70 g、100 g、125 gB.m500 g， m分别为 20 g、30 g、40 g、50 gC.m200 g， m分别为 50
4、g、70 g、100 g、125 gD.m100 g， m分别为 30 g、40 g、50 g、60 g解析 探究 a 与 F 的关系时，应满足小车的质量远大于小盘和盘中砝码的总质量，即mm，故 B 正确。答案 B3.在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，关于平衡摩擦力的说法正确的是( )A.“平衡摩擦力”的本质就是想法让小车受到的摩擦力为零B.“平衡摩擦力”的本质就是使小车所受的细绳的拉力与所受到的摩擦阻力相平衡3C.“平衡摩擦力”的目的就是要使小车所受的合力等于所挂钩码通过细绳对小车施加的拉力D.“平衡摩擦力”时应将小车在钩码通过细绳和滑轮而拉动运动过程中进行调整答案 C4.用图甲所示
5、的装置探究加速度与力、质量之间的关系，图乙是其俯视图。两个相同的小车放在光滑水平板上，车左端各系一条细绳，绳跨过定滑轮各挂一个相同的小盘，盘中可放砝码，两个小车右端通过细线用夹子固定，打开夹子，小车在小盘和砝码的牵引下运动，合上夹子，两小车同时停止。实验中可以通过在车中放砝码改变小车的质量。(1)探究“加速度与质量之间的关系”时，应在小盘中放质量_(选填“相同”或“不相同”)的砝码；(2)实验中，两小车的加速度之比_(选填“大于” “等于”或“小于”)小车通过的位移之比。解析 (1)探究“加速度与质量之间的关系”时，要保证拉力不变，则应在小盘中放质量相同的砝码。(2)根据初速度为零的匀变速直线
6、运动公式 x at2，两车的位移之比等于加速度之比。12答案 (1)相同 (2)等于考点二 实验数据处理与误差分析1.如图所示是某些同学根据实验数据画出的图象，下列说法中正确的是( )A.形成图甲的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大B.形成图乙的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小C.形成图丙的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大D.形成图丁的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大4解析 甲图表明，当尚未加拉力时，小车就有加速度，造成的原因是平衡摩擦力时木板倾角过大；乙图表明，当 0 即质量无穷大时，在一个有限大小的力作用下产生了加速度，1M故也是因为平衡摩擦力时木板倾角过大；丁图图线与 轴交点表明，小车在一
7、拉力作用下，1M加速度却为 0，故是因为平衡摩擦力时木板倾角过小，故只有选项 A 正确。答案 A2.如图所示，为某同学安装的“验证牛顿第二定律”的实验装置，在小车的前端固定一个传感器，和砂桶连接的细线接在传感器上，通过传感器可显示出细线的拉力。在图示状态下开始做实验。(1)从图上可以看出，该同学在装置和操作中的主要错误是_。(2)若砂和砂桶的质量为 m，小车和传感器的总重量为 M，做好此实验_(填“需要”或“不需要”) Mm 的条件。解析 (2)不加传感器时将砂和砂桶的重力作为细线的拉力，而接了传感器后细线的拉力可以直接读出。答案 (1)未平衡摩擦力；细线与木板不平行；开始实验时，小车离打点计
8、时器太远 (2)不需要3.在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，下图给出的是实验中获取的一条纸带的一部分：0、1、2、3、4、5、6 是计数点，每相邻两计数点间还有 4 个点(图中未标出，打点计时器频率为 50 Hz)，计数点间的距离如图所示。(1)根据图中数据计算的加速度 a_ m/s 2；(保留三位有效数字)(2)为减小误差，该实验要求小车的质量 M 跟砝码和小盘的总质量 m 的关系是M_m。解析 (1)由题意可得计数点间的时间间隔为 T0.1 s，由匀变速直线运动规律得a 0.496 m/s 2。x6 x5 x4 x3 x2 x19T2(2)为了让小盘及盘中砝码的重力近似等于小车(含
9、砝码)所受的合力，小车(含砝码)的质量5M 须远大于小盘及盘中砝码的总质量 m，即 Mm。答案 (1)0.496 (2)4.在探究加速度与力的关系时，小车的质量一定，某同学根据精确的测量，记录实验数据如表所示。小车的质量 m/kg 小车受的拉力 F/N 小车的加速度 a/(ms2 )0.10 0.080.30 0.220.50 0.421.000.70 0.59(1)在下图坐标中，作出 a F 图象；(2)分析图象得到的结论是_；(3)图象斜率的物理意义是_；(4)在你所作出的 a F 图象中， F 等于小盘及盘中砝码所受重力，实际上比系小盘的细线的真实拉力_(填“大”或“小”)。解析 (1)图象如图所示。(2)质量 m 一定时，加速度 a 与拉力 F 成正比。(3)质量的倒数 。1m(4)因为小盘和盘中砝码也要向下做加速运动，所以取 F 等于小盘及盘中砝码所受重力，实际上比系小盘的细线的真实拉力大。答案 见解析
