届一轮复习 实验5 探究加速度与力质量的关系 教案浙江专用.docx
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届一轮复习实验5探究加速度与力质量的关系教案浙江专用
[考试标准]
知识内容
必考要求
加试要求
实验5:
探究加速度与力、质量的关系
√
基本实验要求
1.实验原理(见实验原理图)
(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、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:
按照如实验原理图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).
(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,取下纸带编号码.
②保持小车的质量m不变,改变砝码和小盘的质量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保持砝码和小盘的质量m′不变,改变小车质量m,重复步骤①和③,作a-
图象.
规律方法总结
1.注意事项
(1)平衡摩擦力:
适当垫高木板的右端,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,后释放小车,且应在小车到达滑轮前按住小车.
2.误差分析
(1)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,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.
考点一 实验原理与实验操作
1.[对实验原理的考查]通过小车在拉力作用下的加速运动,来探究加速度、力、质量三者之间的关系,下列说法符合实际的是( )
A.通过同时改变小车的质量m及受到的拉力F的研究,能归纳出加速度、力、质量三者之间的关系
B.通过保持小车的质量不变,只改变小车受到的拉力的研究,就可以归纳出加速度、力、质量三者之间的关系
C.通过保持小车受力不变,只改变小车的质量的研究,就可以得出加速度、力、质量三者之间的关系
D.先不改变小车的质量,研究加速度与力的关系;再不改变小车受到的拉力,研究加速度与质量的关系;最后归纳出加速度、力、质量三者之间的关系
答案 D
解析 探究加速度与力、质量的关系时,先使质量不变,研究加速度与力的关系;再使受到的拉力不变,研究加速度与质量的关系;最后归纳出加速度、力、质量三者之间的关系.所以,只有选项D正确.
2.[对实验操作的考查]在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中,当力一定(小盘和重物的重力不变),探究加速度与质量的关系时,以下说法中正确的是( )
A.平衡摩擦力时,应将小盘和重物用细绳通过定滑轮系在小车上
B.每次改变小车的质量时,不需要重新平衡摩擦力
C.实验时,先放开小车,再接通打点计时器的电源
D.求小车运动的加速度时,可用天平测出小车的质量m和小盘与重物的总质量m0,直接用公式a=
g求出
答案 B
解析 在平衡摩擦力时,不应将小盘和重物用细绳通过定滑轮系在小车上,而是在长木板不带滑轮的一端垫上薄木块并调整到恰当的位置,使小车能在长木板上带着纸带匀速下滑,故选项A错误,选项B正确;操作时应先接通打点计时器的电源,再放开小车,故选项C错误;牛顿第二定律是本实验要验证的目的,不能把它作为理论依据来计算加速度,其加速度只能从纸带提供的数据通过计算得出,故选项D错误.
3.[对实验步骤的考查](多选)用如图1所示的装置探究加速度a与力F、质量M的关系,下列说法中正确的是( )
图1
A.连接砂桶和小车的轻绳应和长木板保持平行
B.将电火花计时器接在6V的交流电源上,先接通电源,后放开小车,打点计时器在纸带上打下一系列点,并在纸带上标明小车质量
C.在探究a与质量M的关系时,作出a-
图象能更直观地判断二者间的关系
D.轻绳对小车的拉力一定等于砂和砂桶所受的总重力
答案 AC
解析 轻绳只有保持与长木板平行,才能使轻绳上的拉力等于小车所受的合外力,选项A正确;电火花计时器应接在220V交流电源上,选项B错误;作出的a-M图象为一曲线,不易判断a与M的关系,故可作a-
图象,若得过原点的直线,能更直观地判断二者间的关系,选项C正确;只有小车的质量远大于砂和砂桶的总质量,才可认为轻绳对小车的拉力等于砂和砂桶所受的总重力,实际上轻绳的拉力小于砂和砂桶所受的总重力,选项D错误.
4.[对实验操作的考查]如图2所示,为某同学安装的“探究加速度与力、质量的关系”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.
图2
(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”)M≫m的条件.
答案
(1)未平衡摩擦力;细线与木板不平行;开始实验时,小车离打点计时器太远
(2)不需要
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.
5.[对实验原理的考查]
(1)我们已经知道,物体的加速度a同时跟合外力F和质量m两个因素有关.要研究这三个物理量之间的定量关系的思想方法是_______________________.
(2)某同学的实验方案如图3所示,她想用砂桶的重力表示小车受到的合外力F,为了减小这种做法带来的实验误差,她先做了两方面的调整措施:
图3
a.用小木块将长木板无滑轮的一端垫高,目的是______________________.
b.使砂桶的质量远小于小车的质量,目的是使拉小车的力近似等于_______________.
(3)该同学利用实验中打出的纸带求加速度时,处理方案有两种:
A.利用公式a=
计算;
B.根据a=
利用逐差法计算.
两种方案中,你认为选择方案________比较合理.
答案
(1)控制变量法
(2)a.平衡摩擦力 b.砂桶的重力 (3)B
解析
(1)要研究三个物理量之间的定量关系的思想方法是控制变量法.
(2)用小木块将长木板无滑轮的一端垫高,目的是平衡摩擦力.想用砂桶的重力表示小车受到的合外力F,为了减小这种做法带来的实验误差,应使砂桶的质量远小于小车的质量,目的是使拉小车的力近似等于砂桶的重力.(3)利用实验中打出的纸带求加速度时,需要根据a=
利用逐差法计算,方案B比较合理.
6.[对实验原理与操作的考查]某实验小组利用图4所示的装置探究加速度与力、质量的关系.
图4
(1)下列做法正确的是________.(填字母代号)
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________木块和木块上砝码的总质量.(选填“远大于”“远小于”或“近似等于”)
(3)甲、乙两同学在同一实验室,各取一套图4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5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.(选填“大于”、“小于”或“等于”)
图5
答案
(1)AD
(2)远小于 (3)小于 大于
解析
(1)在探究加速度与力、质量的关系的实验中,平衡摩擦力时木板不通过定滑轮挂砝码桶,而要挂纸带,并且改变质量时不需要重新平衡摩擦力;在实验时应先接通电源再放开木块,故选项A、D均正确,B、C均错误.
(2)选木块(M)、砝码桶及桶内的砝码(m)为研究对象,
则mg=(M+m)a①
选砝码桶及桶内的砝码为研究对象
则mg-FT=ma②
联立①②得:
FT=mg-
要使FT=mg需要
接近于0即M≫m
(3)对木块由牛顿第二定律得:
F-μmg=ma
即a=
F-μg.
由上式与题图结合可知:
>
,μ甲g>μ乙g.
即:
m甲<m乙,μ甲>μ乙
考点二 数据处理与误差分析
7.[误差分析](多选)在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中,图6是某同学根据实验数据画出的图象,下列说法中正确的是( )
图6
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小
答案 AD
解析 a-F图象纵轴有截距说明力F为零时加速度不为零,此时倾角过大,选项A正确;横轴有截距说明施加力F后有一过程加速度仍为零,说明倾角太小,平衡摩擦力不足,选项C错误;a-
图象纵轴有截距说明倾角太大,平衡摩擦力过度,选项B错误;而横轴有截距,说明平衡摩擦力不足,倾角太小,故选项D正确.
8.[数据处理与误差分析]用如图7所示装置做“探究物体的加速度跟力的关系”的实验.实验时保持小车的质量不变,用钩码所受的重力作为小车受到的合力,用打点计时器和小车后端拖动的纸带测出小车运动的加速度.
图7
(1)实验时先不挂钩码,反复调整垫块的左右位置,直到小车做匀速直线运动,这样做的目的是________________________________________________________________________.
(2)图8为实验中打出的一条纸带的一部分,从比较清晰的点迹起,在纸带上标出了连续的5个计数点A、B、C、D、E,相邻两个计数点之间都有4个点迹没有标出,测出各计数点到A点之间的距离,如图所示.已知打点计时器接在频率为50Hz的交流电源两端,则此次实验中小车运动的加速度的测量值a=________m/s2.(结果保留两位有效数字)
图8
(3)实验时改变所挂钩码的质量,分别测量小车在不同外力作用下的加速度.根据测得的多组数据画出a-F关系图象,如图9所示.此图象的AB段明显偏离直线,造成此现象的主要原因可能是______.(选填下列选项的序号)
图9
A.小车与平面轨道之间存在摩擦
B.平面轨道倾斜角度过大
C.所挂钩码的总质量过大
D.所用小车的质量过大
答案
(1)平衡小车运动中所受的摩擦阻力
(2)1.0 (3)C
解析
(1)使平面轨道的右端垫起,让小车重力沿斜面方向的分力与它受到的摩擦阻力平衡,才能认为在实验中小车受的合外力就是钩码的重力,所以这样做的目的是平衡小车运动中所受的摩擦阻力.
(2)由逐差法可知
a=
=
m/s2≈1.0m/s2
(3)在实验中认为细绳的张力F就是钩码的重力mg
实际上,细绳张力F′=Ma,mg-F′=ma
即F′=
·mg
a=
·mg=
F
所以当细绳的张力F变大时,m必定变大,
必定减小.当M≫m时,a-F图象为直线,当不满足M≫m时,便有a-F图象的斜率逐渐变小,选项C正确.
9.[数据处理与误差分析]某次“探究加速度a跟物体所受合力F和质量m的关系”实验如下.
图10
(1)图10甲所示为实验装置图.图乙为某次实验得到的一段纸带,计数点A、B、C、D、E间的时间间隔为0.1s,根据纸带可求出小车的加速度大小为________m/s2(结果保留两位有效数字).
(2)保持小车质量不变,改变砂和砂桶质量,进行多次测量.根据实验数据作出了加速度a随拉力F的变化图线,如图11所示.图中直线没有通过原点,其主要原因是_____________
________________________________________________________________________.
图11
(3)保持砂和砂桶质量不变,改变小车中砝码质量,进行多次测量,得到小车加速度a、质量m及其对应的
的数据如表中所示:
实验次数
1
2
3
4
5
6
7
8
小车加速度a/(m·s-2)
1.90
1.72
1.49
1.25
1.00
0.75
0.50
0.30
小车和砝码质量m/kg
0.25
0.29
0.33
0.40
0.50
0.71
1.00
1.67
/kg-1
4.00
3.45
3.03
2.50
2.00
1.41
1.00
0.60
a.请在图12所示坐标纸中画出a-
图线;
图12
b.根据作出的a-
图象可以得到的结论是:
__________________________________
________________________________________________________________________.
答案
(1)0.43
(2)实验前未平衡摩擦力(或平衡摩擦力不充分) (3)a.见解析图 b.图线为一条过原点的直线,表明在合外力一定时,加速度跟质量成反比
解析
(1)由逐差法求小车的加速度
a=
=
m/s2≈0.43m/s2.
(2)图线没有过原点,与F轴有交点,说明实验前没有平衡小车的摩擦力(或平衡摩擦力不充分).
(3)根据数据在坐标纸上画出a-
图线如图所示,由图可知,图线为一条过原点的直线,表明在合外力一定时,加速度跟质量成反比.
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