《山东高考》一轮复习教师用书2021 第3章 实验4　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．实验目的
(1)学会用控制变量法研究物理规律。
(2)探究加速度与力、质量的关系。
(3)掌握运用图象处理问题的方法。
2．实验原理
用控制变量法探究加速度
a
与力
F 、质量
M
的关系 ，可以先保持 F不变，
研究 a和M的关系，再保持 M不变，研究 a和F的关系。
3．实验器材
带定滑轮的长木板、低压交流电源、复写纸片和纸带、小车、小盘、电磁打点
计时器、天平、砝码、刻度尺、导线。
4．实验步骤
(1)测质量：用天平测出小车的质量
M ，小盘和砝码的总质量 m。
(2)放长木板：按图把实验器材安装好，先不要把悬挂小盘的细绳系在车上。
(3)平衡摩擦力：在木板的一端下面垫一木块，移动木块的位置，直至小车
拖着纸带在斜面上做匀速运动。
(4)打点：小盘绕过滑轮系于小车上，先接通电源后放开小车，打完点后切
断电源，取下纸带。
(5)重复：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(4)
五次。
(6)求a：在每条纸带上选取一段比较理想的部分，测加速度 a。
(7)作aF 的图象：若图象为一过原点的直线，证明加速度与力成正比。
(8)验证 a∝：保持砝码和小盘的质量
m
不变，改变小车质量
M ，重复步骤
(4)和(6)，作 a图象，若图象为一过原点的直线，证明加速度与质量成反比。
5．注意事项
(1)安装器材时，要调整滑轮的高度，使拴小车的细绳与木板平行。
1
(2)平衡摩擦力时，小车连着穿过打点计时器的纸带，但不要把悬挂小盘的
细线系在小车上。改变砝码的质量后，不需要重新平衡摩擦力。
(3)只有小车的质量远大于小盘和砝码的总质量，小盘和砝码的总重力才可
视为小车受到的拉力。
(4)开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，再放开小车，在
小车到达滑轮前按住小车。
实验原理与操作
本实验的难点是测量小车的合力，实验通过两个“替代”关系测量小车的
合力，使小车合力的测量转化为对悬挂物重力的测量。
1．平衡摩擦力——用小车所受的拉力替代合力
小车受力为重力、拉力、阻力、支持力，平衡摩擦力后，使重力、阻力和支持
力的合力为零，则小车所受的拉力等于小车的合力。
2．小车质量(M)远大于悬挂物质量(m)——用悬挂物重力替代小车所受的拉
力
由牛顿第二定律：系统加速度 a＝g，小车所受的拉力 F＝Ma＝M＝mg，
显然，当 M≫m时，F≈mg。
[题组训练]
1．在“验证牛顿运动定律”实验中，采用如图所示的装置图进行实验。
(1)对小车进行“平衡摩擦力”操作时，下列必须进行的是________(填字母
序号)。
A．取下沙和沙桶
B．在空沙桶的牵引下，轻推一下小车，小车能做匀速直线运动
C．小车拖着穿过打点计时器的纸带做匀速运动时，打点计时器的电源应
断开
D．把长木板没有定滑轮的一端垫起适当高度
(2)实验中，已经测出小车的质量为 M，沙和沙桶的总质量为 m，若要将沙
和沙桶的总重力大小作为小车所受拉力 F的大小，这样做的前提条件是_______
______________________________________。
2
(3)在实验操作中，下列说法正确的是________。
A．求小车运动的加速度时，可用天平测出沙和沙桶的质量 M′和 m′，
以及小车质量 M，直接用公式a＝g求出
B．实验时，应先接通打点计时器的电源，再放开小车
C．每改变一次小车的质量，都需要改变垫入的小木块的厚度
D．先保持小车质量不变，研究加速度与力的关系；再保持小车受力不变，
研究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度与力、质量的关系
[解析](1)平衡摩擦力时使小车所受重力沿木板方向分力与小车所受摩擦力
平衡，故 A、D项正确，B项错误；为确定小车是否为匀速运动，需要通过纸带
上点迹是否均匀来判断，故 C项错误。
(2)根据牛顿第二定律得，mg＝(M＋m)a，
解得 a＝，则绳子的拉力 F＝Ma＝＝，
可知当沙和沙桶的总质量远小于小车质量时，小车所受的拉力大小等于沙
和沙桶的总重力，所以应满足的条件是沙和沙桶的总质量远小于小车的质量。
(3)本实验是“验证牛顿运动定律”，所以不能把牛顿第二定律当成已知的
公式来使用，故 A错误；使用打点计时器时，应该先接通电源，后释放纸带，
故B正确；平衡摩擦力后有 μ＝tan θ，小车质量改变时，总满足 mgsin θ＝
μmgcos θ，与小车质量无关，所以不用再次平衡摩擦力，故 C错误；本实验采
用控制变量法，故 D正确。
[答案](1)AD　(2)沙和沙桶的总质量远小于小车的质量　(3)BD
2．(2019·广东实验中学月考改编)某实验小组利用如图所示的装置探究加速
度与力、质量的关系。
(1)实验中除了需要小车、砝码、托盘、细绳、附有定滑轮的长木板、垫木、打
点计时器、低压交流电源、两根导线、复写纸、纸带之外，还需要________、_____
___。
(2)下列做法正确的是________。
A．调节滑轮的高度，使牵引小车的细绳与长木板保持平行
3
摘要：

实验四　探究加速度与物体受力、物体质量的关系1．实验目的(1)学会用控制变量法研究物理规律。(2)探究加速度与力、质量的关系。(3)掌握运用图象处理问题的方法。2．实验原理用控制变量法探究加速度a与力F、质量M的关系，可以先保持F不变，研究a和M的关系，再保持M不变，研究a和F的关系。3．实验器材带定滑轮的长木板、低压交流电源、复写纸片和纸带、小车、小盘、电磁打点计时器、天平、砝码、刻度尺、导线。4．实验步骤(1)测质量：用天平测出小车的质量M，小盘和砝码的总质量m。(2)放长木板：按图把实验器材安装好，先不要把悬挂小盘的细绳系在车上。(3)平衡摩擦力：在木板的一端下面垫一木块，移动木块的位置...

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