2024高考物理一轮复习 第15讲 探究加速度与物体受力、物体质量的关系（课件）

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1、掌握实验的原理，通过采集的数据利用图像，探究加速度与物体受力、物体质量的关系，并会做出必要的误差分析。2、能够在原型实验基础上，通过对实验的改进或者创新，做出同类探究。
知识点　实验目的、器材、原理、步骤、注意事项、误差分析
1.实验目的：探究加速度与力、质量的关系。2.实验器材：打点计时器、纸带、复写纸、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平、刻度尺、砝码。
3.实验思路：(1)控制变量法的应用：将小车置于水平木板上,通过滑轮与小盘和砝码相连,小车可以在小盘和砝码的牵引下运动。①保持小车质量不变,研究加速度与力的关系。②保持小车所受的拉力不变,研究加速度与质量的关系。
（2）物理量的测量①用天平测量质量:为了改变小车的质量,可以在小车中增减砝码的数量。②将打点计时器的纸带连在小车上,根据纸带上打出的点来测量加速度。③现实中,仅受一个力作用的物体几乎不存在。然而,一个单独的力的作用效果与跟它大小、方向都相同的合力的作用效果是相同的。因此,实验中作用力F的含义可以是物体所受的合力。用阻力补偿法确定小车受到的合力——小盘和砝码的牵引力。
4.进行实验①称量质量——用天平测量小盘和小车的质量。②安装器材——按如图所示装置安装器材(暂时不把悬挂小盘的细绳系在小车上)。
③阻力补偿法平衡摩擦及其他阻力——在长木板不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块,反复移动薄木块的位置,直至小车能拉着纸带匀速下滑。此时，不要把悬挂砝码盘的细绳系在小车(木块)上，即不要给小车(木块)加任何牵引力，要让小车(木块)拖着纸带运动。④测量加速度1)保持小车的质量不变,打出一条纸带。计算小盘和砝码的重力,由纸带计算出小车的加速度,并填入表中。改变小盘内砝码的个数,并多做几次实验。2)保持小盘内的砝码个数不变,在小车上放上砝码改变小车的质量,让小车在木板上滑动打出纸带。计算砝码和小车的总质量,并由纸带计算出小车对应的加速度,填入表中。改变小车上砝码的个数,多做几次实验。
5.数据分析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。
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。当小车质量M远大于砝码质量m时，砝码的总重力mg才可视为小车(木块)受到的拉力。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。a­F图线将不是一条过原点的直线，而是一条与F轴有交点的倾斜直线。
1．某实验小组利用如图甲所示的装置探究加速度与力、质量的关系。（1）在实验中，下列操作中正确的是________（选填字母代号）；A．平衡摩擦力前，应将沙桶用细线绕过定滑轮系在木块上B．平衡摩擦力前，木块后面应固定一条纸带，纸带穿过打点计时器C．实验时，放开木块后立即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，不需要重新平衡摩擦力
考向1 实验原理与操作
（2）在探究“在外力一定时，木块的加速度与其质量关系”实验中，每隔4个点取一个计数点，实验获得纸带如图乙所示。则木块运动的加速度a=________m/s2（保留3位有效数字）；实验小组完成实验操作后，用图像法处理数据，获得了________（选填字母代号），得出结论：在外力一定时，木块的加速度与其质量成反比；
考向2 数据处理与误差分析
知识点　实验方案的改进
1.实验装置的改进：弹簧测力计测量小车所受的拉力，钩码的质量不需要远小于小车质量，更无需测钩码的质量。
（1）气垫导轨代替长木板，无须平衡摩擦力。（2）力传感器测量滑块所受的拉力，钩码的质量不需要远小于滑块质量，更无须测钩码的质量。（3）用光电门代替打点计时器，遮光条结合光电门测得滑块的末速度，由刻度尺读出遮光条中心初始位置与光电门之间的距离，由运动学公式求出加速度。
3．图甲为“探究加速度与力、质量的关系”实验时的实验方案，图乙是实验测量得到的纸带，其实验操作步骤如下：①挂上托盘和砝码，调节木板的倾角，使质量为M的小车拖着纸带沿木板匀速下滑；②取下托盘和砝码，测出其总质量为m，让小车沿木板下滑，测出加速度a；③改变砝码质量和木板倾角，多次测量，通过作图可得到小车加速度a与合外力F的关系。
考向1 实验原理的改进
（1）纸带1是步骤①中打出的纸带，由此可以判断___________。A．调节后木板的倾角过小B．调节后木板的倾角过大C．调节后木板的倾角合适
（2）某次实验结束后，打出的纸带如图乙中纸带2所示，已知打点计时器使用的交流电频率为50Hz，每相邻计数点之间还有4个点未画出，则在打下D点时小车的速度大小为___________m/s；小车下滑的加速度大小为___________m/s2。（结果均保留2位有效数字）。
（3）下列有关该实验的说法正确的是___________。A．实验中需要满足小车质量M远大于托盘和砝码的总质量mB．实验中在作a-F图像时，把mg作为F值C．改变砝码质量再次实验时，斜面倾角需要重新进行调整
2．气垫导轨是力学实验的重要装置之一。如图甲所示，气垫导轨水平放置，绕过定滑轮的细线，一端连接数目不同的同种钩码（图甲中只画出了一个），另一端与滑块（上面有遮光条）连接。由于滑块的速度不太大，因此便于验证规律或者测量物理量。
考向2 实验器材的创新
（1）某次实验中，用螺旋测微器测量遮光条的宽度，若测量结果如图乙所示，则此次测量螺旋测微器的示数为 mm。
考向3 实验思路的创新
考向4 实验目的的创新
小车释放点到光电门的距离x
钩码有向下的加速度，拉力小于重力