资源简介

(共55张PPT)
第三章
运动与力的关系
实验4　探究加速度与物体受力、物体质量的关系
1.理解实验原理,明确实验过程并能进行数据处理。2.了解实验的注意事项,会对实验进行误差分析。3.分析创新类实验的方案设计,并能进行数据处理和误差分析。
实验储备·归纳
自主落实 回扣教材
实验类型·突破
关键能力 深度剖析

类型1　实验基本技能应用
【典例1】　图甲是用来探究加速度和力之间关系的实验装置示意图,图乙是其俯视图。两个相同的小车,放在比较光滑的水平板上(摩擦力很小,可以略去),前端各系一条细绳,绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘,盘里可放砝码,两个小车后端各系一条细线,细线用夹子固定。打开夹子,小盘和砝码牵引小车运动,闭合夹子,两小车同时停止运动,再用刻度尺测出两小车通过的位移。为了探究加速度大小和力大小之间的关系, 下列说法正确的是(　　)
A.使小盘和砝码的总质量尽可能等于小车的质量
B.若将小车放在粗糙水平板上,对实验结果没有影响
C.两小车的位移之比等于加速度之比
D.可在两小盘内放置相同质量的砝码,在两小车内放置不同质量的砝码进行实验

答案　C
【典例2】　某实验小组利用如图(a)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________(填选项字母)。
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________(填“远大于”“远小于”或“近似等于”)木块和木块上砝码的总质量。
(3)甲、乙两同学在同一实验室,各取一套如图(a)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(b)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μ甲、μ乙, 由图可知,m甲________m乙,μ甲________μ乙。(均填“大于”“小于”或“等于”)


答案　(1)AD　(2)远小于　(3)小于　大于
考向1　实验器材创新
【典例3】　实验小组在探究“加速度与物体的受力、物体质量的关系”时,用如图甲所示的装置让滑块做匀加速直线运动来进行;由气垫导轨侧面的刻度尺可以测出光电门A、B之间的距离L,用游标卡尺测得遮光条的宽度d,遮光条通过光电门A、B的时间t1、t2可通过计时器(图中未标出)分别读出,滑块的质量(含遮光条)为M,钩码的质量为m。重力加速度为g,回答下列问题:
类型2　实验的迁移、拓展和创新
(1)实验时________(填“需要”或“不需要”)满足钩码的质量远小于小车的质量。
(2)滑块的加速度a=________________(用L、t1、t2、d来表示);图乙遮光条的宽度在游标卡尺上对应的读数为d=________ mm。
(3)改变钩码质量得到一系列的滑块加速度a和传感器示数F,通过得到的实验数据,描绘了a-F图像。若实验前,已将气垫导轨调至水平,但忘记打开气源,得到的a-F图像如图丙所示,图线的斜率为k,纵截距为b,滑块与导轨之间的动摩擦因数μ=________;滑块的质量M=________。(用F0、b、g表示)



　　本题在器材的使用上进行了改进,由光电门测量时间,进而得到速度和加速度,由力传感器得到滑块的合外力,容易出错的地方是用钩码重力的一半表示滑块受的合外力。
考向2　实验方案创新
【典例4】　(2022·山东卷)在天宫课堂中,我国航天员演示了利用牛顿第二定律测量物体质量的实验。受此启发,某同学利用气垫导轨、力传感器、无线加速度传感器、轻弹簧和待测物体等器材设计了测量物体质量的实验,如图甲所示。主要步骤如下:
①将力传感器固定在气垫导轨左端支架上,加速度传感器固定在滑块上;
②接通气源,放上滑块,调平气垫导轨;
③将弹簧左端连接力传感器,右端连接滑块。弹簧处于原长时滑块左端位于O点。A点到O点的距离为5.00 cm,拉动滑块使其左端处于A点,由静止释放并开始计时;
④计算机采集获取数据,得到滑块所受弹力F、加速度a随时间t变化的图像,部分图像如图乙所示。
回答以下问题(结果均保留2位有效数字):
(1)弹簧的劲度系数为________N/m。
(2)该同学从图乙中提取某些时刻F与a的数据,画出a-F图像如图丙中Ⅰ所示,由此可得滑块与加速度传感器的总质量为________kg。
(3)该同学在滑块上增加待测物体,重复上述实验步骤,在图丙中画出新的a-F图像Ⅱ,则待测物体的质量为________kg。


答案　(1)12　(2) 0.20　(3)0.13
考向3　实验目的改变
【典例5】　某同学使用如图甲装置测量木板和物块(底面平整,上有凹槽)间的动摩擦因数,已知当地重力加速度为g。实验步骤:
①调整木板处于水平状态,物块凹槽内放置两个砝码,保证物块和砝码的总质量远大于小吊盘和重物质量之和;
②按住小车,挂上带有适当重物的小吊盘,测出小吊盘和重物总质量m;
③接通打点计时器电源,释放小车,获得带有点迹的纸带;
④改变小吊盘中重物质量,重复步骤②③;
⑤选纸带上清晰的部分,每5个间隔标注一个计数点,测量位移,如图乙,求出与不同m相对应的加速度a;
⑥以m为纵坐标,a为横坐标,在坐标纸上作m-a关系图线,如图丙,测得斜率为k,纵轴截距为b。
完成下列填空:
(1)某次实验中测得的纸带如图乙所示,则小车加速度a=________m/s2 (保留3位有效数字)。
(2)假设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,根据图像丙斜率和截距可得木板和物块间的动摩擦因数μ=________。


高效训练·提能
拓广视野 智学慧考
1.图甲为“探究加速度与物体受力、质量之间的关系”的实验装置示意图。砂和砂桶的总质量为m,小车和砝码的总质量为M。实验中用砂和砂桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小。
(1)实验中,为了使细线对小车的拉力等于小车和砝码所受的合外力,先调节长木板一端滑轮的高度,使细线与长木板平行。接下来需要进行的一项操作是________(填选项字母)。
A.将长木板水平放置,让小车连着已经穿过打点计时器的纸带,给打点计时器通电,调节砂和砂桶总质量的大小,使小车在细线的牵引下运动,从打出的纸带判断小车是否做匀速运动
B.将长木板的一端垫起适当的高度,让小车连着已经穿过打点计时器的纸带,撤去砂和砂桶,给打点计时器通电,轻推小车,从打出的纸带判断小车是否做匀速运动
C.将长木板的一端垫起适当的高度,撤去纸带以及砂和砂桶,轻推小车,观察判断小车是否做匀速运动
(2)实验中要进行质量m和M的选取,以下最合理的一组是(　　)
A.M=20 g,m=10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、35 g
B.M=200 g,m=20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g
C.M=400 g,m=10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、35 g
D.M=400 g,m=20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g
(3)图乙是实验中得到的一条纸带,A、B、C、D、E、F、G为7个相邻的计数点,相邻的两个计数点之间还有四个点未画出。测出相邻的计数点之间的距离分别为xAB=4.22 cm、xBC=4.65 cm、xCD=5.08 cm、xDE=5.49 cm、xEF=5.91 cm、xFG=6.34 cm。已知打点计时器的工作频率为50 Hz,则小车的加速度a=________m/s2(保留2位有效数字)。


答案　(1)B　(2)C　(3)0.42
2.某同学利用如图甲所示的装置探究“小车的加速度与所受合外力的关系”,具体实验步骤如下:
A.按照图甲安装好实验装置,挂上沙桶(含少量沙子);
B.调节长木板的倾角,轻推小车后,使小车沿长木板向下运动,且通过两个光电门的时间相等;
C.取下细线和沙桶,测量沙子和桶的总质量为m,并记下;
D.保持长木板的倾角不变,不挂沙桶,将小车置于靠近滑轮的位置,由静止释放小车,记录小车先后通过光电门甲和乙时显示的时间;
E.重新挂上细绳和沙桶,改变沙桶中沙子的质量,重复B、C、D步骤。
(1)若沙桶和沙子的总质量为m,小车的质量为M,重力加速度为g,则步骤D中小车加速下滑时所受合力大小为________。(忽略空气阻力)
(2)如图乙所示,用游标卡尺测得小车上遮光条的宽度为________cm。
(3)有关本实验的说法正确的是________(填选项字母)。
A.沙桶和沙子的总质量必须小于小车的质量
B.沙桶和沙子的总质量必须远小于小车的质量
C.沙桶和沙子的总质量必须大于小车的质量
D.沙桶和沙子的总质量必须远大于小车的质量
解析　(1)由于挂上沙桶时,小车沿长木板向下运动通过两个光电门的时间相等,表明此时小车向下做匀速直线运动,则有Mgsin θ=Ff+mg,保持长木板的倾角不变,不挂沙桶,将小车由静止释放,小车沿长木板做匀加速直线运动,则有F合=Mgsin θ-Ff,解得F合=mg。
(2)根据游标卡尺的读数规律,该读数为3 mm+0.05×0 mm=3.00 mm= 0.300 cm。
(3)实验中并没有近似认为沙桶和沙子的总重力等于细线的拉力,而是通过匀速直线运动与匀加速直线运动间接得到小车所受外力的合力,因此不需要满足沙桶和沙子的总质量远远大于或者远远小于小车的质量, B、D两项错误;由于挂上沙桶时,轻推小车后,使小车沿长木板向下运动,此时有Mgsin θ=Ff+mg,沙桶和沙子的总质量必须小于小车的质量,A项正确,C项错误。
答案　(1)mg　(2)0.300　(3)A
3.(2023·湖北卷)某同学利用测质量的小型家用电子秤,设计了测量木块和木板间动摩擦因数μ的实验。
如图甲所示,木板和木块A放在水平桌面上,电子秤放在水平地面上,木块A和放在电子秤上的重物B通过跨过定滑轮的轻绳相连。调节滑轮,使其与木块A间的轻绳水平,与重物B间的轻绳竖直。在木块A上放置n(n=0,1,2,3,4,5)个砝码(电子秤称得每个砝码的质量m0为20.0 g),向左拉动木板的同时,记录电子秤的对应示数m。
(1)实验中,拉动木板时________(填“必须”或“不必”)保持匀速。
(2)用mA和mB分别表示木块A和重物B的质量,则m和mA、mB、m0、μ、n所满足的关系式为m=________________。
(3)根据测量数据在坐标纸上绘制出m-n图像,如图乙所示,可得木块A和木板间的动摩擦因数μ=________(保留2位有效数字)。

答案　(1)不必　(2)mB-μ(mA+nm0)　(3) 0.40
4.为了探究加速度与合外力之间的关系,某校研究性学习小组设计了如图甲所示的实验装置。长木板固定在水平桌面上,力传感器固定在竖直的墙上,光电计时器的光电门固定在竖直支架上,绕过动滑轮的两段绳处于水平(两滑轮光滑且滑轮和绳质量不计),悬挂的重物上固定一窄遮光条。滑块质量为M,重物和遮光条的总质量为m。现将滑块拉到某一位置,静止释放滑块,重物牵引滑块向左运动,测量并记录释放时遮光条中心到光电门之间的距离x以及遮光条通过光电门时的遮光时间Δt和力传感器示数F。多次改变重物和遮光条的质量m,重复上述操作,并记录多组相应的传感器示数F和Δt值。已知重力加速度为g。
(1)用20分度的游标卡尺测量出遮光条的宽度d如图乙所示,d= ___mm。
(2)为完成本次实验目的,________(填“需要”或“不需要”)保证重物质量m远远小于滑块质量M。
(3)平衡摩擦力时悬挂合适重物,让滑块恰好匀速直线运动,记录力传感器示数为F0,则滑块和桌面间的摩擦力Ff=________。

解析　(1)20分度的游标卡尺的精确值为0.05 mm,由题图中示数可得 d=2 mm+8×0.05 mm=2.40 mm。
(2)本次实验绳子拉力可以用力传感器测得,不需要保证重物质量m远远小于滑块质量M。
(3)平衡摩擦力时悬挂合适重物,让滑块恰好匀速直线运动,记录力传感器示数为F0,根据受力平衡可得Ff=2F0。

展开更多......

收起↑