【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－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－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，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，以为横轴，a为纵轴，则 a－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

－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

(1)已知打点计时器电源为频率为50 Hz 的正弦交变电流，若实验中打出的某一条纸带如图乙

所示，相邻两个计数点间还有四个点没有画出，x1＝3.13 cm，x4＝7.48 cm，由此可以算出小

车运动的加速度大小是________ m/s2.

(2)利用测得的数据，可得到小车质量 M一定时．运动的加速度 a和所受拉力 F(F＝mg，m

为沙和沙桶质量，g为重力加速度)的关系图象如图丙所示．由此可知，直线段的斜率k＝

________.在拉力 F较大时，a－F图线明显弯曲，产生误差．若不断增加沙桶中沙的质量，

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