【物理教案】2021江苏高考物理：第三章实验四探究加速度与物体受力、物体质量的关系

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实验四　探究加速度与物体受力、物体质量的关系
1．实验原理
(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－
1
m
图象，确定其关系．
2．实验器材
小车、砝码、小盘、细绳、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、低压交流电源、
导线两根、纸带、天平、米尺．
3．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块，使小车能匀速下滑．
(4)操作：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的图象．
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－
1
m
图象．
1．注意事项
(1)平衡摩擦力：适当垫高木板不带定滑轮的一端，使小车的重力沿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)不用重复平衡摩擦力．
(3)实验条件：m≫m′.
(4)一先一后一按：改变拉力或小车质量后，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．
2．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．
3．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，描点、画线，如果该线为过原点的直线，说明 a与F成正
比．
(3)以a为纵坐标，
1
m
为横坐标，描点、画线，如果该线为过原点的直线，就能判定 a与m成
反比.
例1　(2019·江苏南通市二模)如图 2为“探究物体运动加速度与物体受力、物体质量关系”
的实验装置，沙和沙桶质量用 m表示，小车和砝码质量用 M表示，小车运动加速度用 a表
示．
图2
(1)实验过程中首先需要平衡小车受到的摩擦力，长木板抬起适当的角度使得小车在
________(选填“没有连接沙桶”或“连接沙桶”)的情况下能在木板上匀速运动．
(2)在探究加速度与小车受力关系过程中，甲和乙两小组分别用下列两组数据进行实验操作，
根据实验的实际操作，最好选择_____(选填“甲”或“乙”)的实验数据进行实验数据处理．
甲m(g)
20
23
24
26
乙m(g)
20
30
40
50
(3)在探究加速度与小车质量 M关系过程中，应该保持沙和沙桶质量不变，通过增减小车中砝
码改变小车质量 M，实验测出几组 a、M数据，根据测量的数据作图，某同学作出的反映 a
与M关系的图象可能是下列图中的________．
答案　(1)没有连接沙桶　(2)乙　(3)C
解析　(1)实验过程中首先需要平衡小车受到的摩擦力，长木板抬起适当的角度使得小车在没
有连接沙桶时能在木板上匀速运动．
(2)在探究加速度与小车受力关系实验的过程中，测量的数据要有明显的变化，才能使实验更
有说服力．从表格中的数据来看，甲的实验过程中拉力的大小变化很小，则加速度的变化也
会很小，实验误差可能会比较大，是不合理的．相比之下，乙的数据更合理．
(3)在探究加速度跟小车质量 M的关系时，保持沙和沙桶质量 m不变，改变小车质量 M，在
小车质量 M远大于沙和沙桶质量 m时，可以认为小车受到的拉力(合力)F＝mg，此时加速度
a与小车质量 M成反比，与拉力成正比，以
1
M
为横轴，a为纵轴，则 a－
1
M
图象应是过原点的
直线，当小车质量 M不远大于沙和沙桶质量 m时，小车受到的拉力明显小于沙和沙桶重力，
a－
1
M
图象向下弯曲，故 C正确．
变式 1　(2019·河北中原名校联盟下学期联考)在“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”
的实验中，采用如图 3甲所示的装置进行实验：
图3
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