《2018-2019高中物理 第四章 力與運(yùn)動(dòng) 第二節(jié) 影響加速度的因素 第三節(jié) 探究加速度與力、質(zhì)量的定量關(guān)系學(xué)案 粵教版必修1.doc》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2018-2019高中物理 第四章 力與運(yùn)動(dòng) 第二節(jié) 影響加速度的因素 第三節(jié) 探究加速度與力、質(zhì)量的定量關(guān)系學(xué)案 粵教版必修1.doc（16頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

第二節(jié)　影響加速度的因素 第三節(jié)　探究加速度與力、質(zhì)量的定量關(guān)系 [學(xué)習(xí)目標(biāo)] 1.學(xué)會(huì)用控制變量法研究物理規(guī)律.2.掌握定量探究加速度與物體受到的合外力、物體質(zhì)量關(guān)系的方法.3.了解氣墊導(dǎo)軌減小摩擦的原理和光電門及數(shù)字計(jì)時(shí)器在實(shí)驗(yàn)中的作用.4.能作出物體運(yùn)動(dòng)的a－F、a－圖象，并會(huì)利用圖象發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)規(guī)律. 一、影響加速度的因素 1.物體所獲得的加速度與物體的受力情況和物體的質(zhì)量都有關(guān)系. 2.加速度的測(cè)量：加速度不是一個(gè)可以直接測(cè)量的量，可通過(guò)時(shí)間、位移等能直接測(cè)量的量去間接地測(cè)量加速度.例如，由靜止開(kāi)始做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的物體，可通過(guò)測(cè)量時(shí)間、位移，由位移s＝at2間接測(cè)量加速度a＝. 3.定性探究影響加速度的因素 (1)實(shí)驗(yàn)器材 帶有刻度尺的光滑斜面、一輛四輪小車、秒表、彈簧測(cè)力計(jì)、砝碼. (2)實(shí)驗(yàn)基本思想——控制變量法. (3)實(shí)驗(yàn)過(guò)程 加速度與物體所受合力的關(guān)系(保持車的質(zhì)量不變) 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)： ①如圖1所示，將小車從斜面上由靜止釋放； 圖1 ②記下小車的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t； ③從斜面的刻度尺上讀出小車的位移s； ④由a＝可求出小車的加速度； ⑤改變斜面與水平面的夾角，可以改變小車受到的合外力大小，重復(fù)上面的實(shí)驗(yàn)步驟. 實(shí)驗(yàn)結(jié)論： 當(dāng)物體的質(zhì)量保持不變時(shí)，物體受到的合外力逐漸增大，其加速度將逐漸增大；反之，物體受到的合外力逐漸減小，其加速度也逐漸減小.加速度的方向與合外力的方向相同. 加速度與物體質(zhì)量的關(guān)系(保持小車所受合力不變) 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)： ①把小車放在斜面上，用彈簧測(cè)力計(jì)沿斜面向上拉小車，使小車保持靜止?fàn)顟B(tài)，記下彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù). ②撤去彈簧測(cè)力計(jì)，將小車從斜面上由靜止釋放，用秒表記錄小車的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t并讀出小車的位移s，由a＝可求出小車的加速度. ③在小車上增加砝碼，重復(fù)①、②.重復(fù)步驟①時(shí)，應(yīng)調(diào)整斜面傾角保持彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)不變. 實(shí)驗(yàn)結(jié)論： 當(dāng)物體受到的合外力不變時(shí)，物體的質(zhì)量增大，其加速度減?。环粗?，物體的質(zhì)量減小，其加速度增大. 二、探究加速度與力、質(zhì)量的定量關(guān)系 1.實(shí)驗(yàn)器材 氣墊導(dǎo)軌、滑塊(包括擋光片)、橡皮泥、光電門、數(shù)字計(jì)時(shí)器、砝碼、天平. 2.實(shí)驗(yàn)原理 (1)實(shí)驗(yàn)的基本思想——控制變量法 ①保持滑塊的質(zhì)量不變，改變合外力探究a與 F的關(guān)系. ②保持滑塊所受的合外力不變，改變其質(zhì)量探究a與m的關(guān)系. (2)三個(gè)物理量 滑塊的質(zhì)量、滑塊所受的拉力、滑塊的加速度. 3.實(shí)驗(yàn)過(guò)程 (1)實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示，讓滑塊在砝碼拉力的作用下做加速運(yùn)動(dòng)，記錄下滑塊通過(guò)光電門的速度、砝碼的質(zhì)量、兩光電門間的距離. 圖2 (2)保持滑塊質(zhì)量不變，通過(guò)增加(或減少)砝碼的數(shù)量來(lái)改變拉力的大小.重復(fù)實(shí)驗(yàn)3次. (3)將實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入表一，并計(jì)算每一次滑塊的加速度a. 表一 滑塊質(zhì)量M＝ kg 砝碼的質(zhì)量m/kg 滑塊所受拉力大小的近似值F/N 滑塊通過(guò)光電門1的速度v1/(ms－1) 滑塊通過(guò)光電門2的速度v2/(ms－1) 兩光電門間的距離s/m 滑塊加速度的計(jì)算值a/(ms－2) (4)用縱坐標(biāo)表示加速度，橫坐標(biāo)表示作用力，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果畫(huà)出滑塊運(yùn)動(dòng)的a－F圖象，從而得出a與F的關(guān)系. (5)保持砝碼的質(zhì)量不變，即滑塊所受的拉力不變. 在滑塊上增加(或減少)橡皮泥來(lái)改變滑塊的質(zhì)量，重復(fù)進(jìn)行幾次實(shí)驗(yàn)，記下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).將實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入表二. 表二 拉力F＝ N 滑塊(含橡皮泥)的質(zhì)量M/kg 滑塊(含橡皮泥)質(zhì)量的倒數(shù)/(kg－1) 滑塊通過(guò)光電門1的速度v1/(ms－1) 滑塊通過(guò)光電門2的速度v2/(ms－1) 兩光電門間的距離s/m 滑塊加速度的計(jì)算值a/(ms－2) (6)用縱坐標(biāo)表示加速度，橫坐標(biāo)表示，畫(huà)出滑塊運(yùn)動(dòng)的a－圖象，得出a與的關(guān)系，從而得出a與M的關(guān)系. (7)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：當(dāng)M一定時(shí)，a與F成正比；當(dāng)F一定時(shí)，a與M成反比. 4.注意事項(xiàng) (1)使用氣墊導(dǎo)軌做實(shí)驗(yàn)時(shí)注意：氣墊導(dǎo)軌是較精密的儀器，實(shí)驗(yàn)中必須避免導(dǎo)軌受碰撞、摩擦而變形、損傷，沒(méi)有給氣墊導(dǎo)軌通氣時(shí)，不準(zhǔn)在導(dǎo)軌上強(qiáng)行推動(dòng)滑塊. (2)改變砝碼的數(shù)量時(shí)，要始終保證砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊的質(zhì)量.  一、實(shí)驗(yàn)原理 例1　為了“探究加速度與力、質(zhì)量的定量關(guān)系”，使用如圖3所示的氣墊導(dǎo)軌裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn).其中G1、G2為兩個(gè)光電門，它們與數(shù)字計(jì)時(shí)器相連，當(dāng)滑行器通過(guò)光電門G1、G2時(shí)，光束被遮擋的時(shí)間Δt1、Δt2都可以被測(cè)量并記錄.滑行器連同上面固定的一條形擋光片的總質(zhì)量為M，擋光片寬度為D，光電門間距離為s，牽引砝碼的質(zhì)量為m.回答下列問(wèn)題： 圖3 (1)實(shí)驗(yàn)開(kāi)始應(yīng)先調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌下面的螺釘，使氣墊導(dǎo)軌水平，在不增加其他儀器的情況下，如何判定調(diào)節(jié)是否到位？ (2)若探究加速度與力的關(guān)系，應(yīng)保持 的質(zhì)量不變；若探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系，應(yīng)保持 的質(zhì)量不變. (3)若取M＝0.4 kg，改變m的值，進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，以下m的取值不合適的一個(gè)是 . A.m1＝5 g　　　　　　　 B.m2＝15 g C.m3＝40 g D.m4＝400 g (4)在此實(shí)驗(yàn)中，需要測(cè)得每一個(gè)牽引力對(duì)應(yīng)的加速度，其中求得的加速度a的表達(dá)式為： .(用Δt1、Δt2、D、s表示) 答案　(1)見(jiàn)解析 解析　(1)取下?tīng)恳来a，滑行器放在任意位置都不動(dòng)，或取下?tīng)恳来a，輕推滑行器，數(shù)字計(jì)時(shí)器記錄每一個(gè)光電門的光束被遮擋的時(shí)間Δt都相等. (2)滑行器；牽引砝碼. (3)本實(shí)驗(yàn)只有在滿足m?M的條件下，才可以用牽引砝碼的重力近似等于對(duì)滑行器的拉力，所以D是不合適的. (4)由于擋光片通過(guò)光電門的時(shí)間很短，所以可以認(rèn)為擋光片通過(guò)光電門這段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于瞬時(shí)速度，即有v1＝，v2＝，再根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式v22－v12＝2as得：a＝. 二、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理 例2　在“探究加速度與力、質(zhì)量的定量關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，某次實(shí)驗(yàn)測(cè)得如下數(shù)據(jù)：當(dāng)m一定時(shí)，a與F的關(guān)系如表一所示；當(dāng)F一定時(shí)，a與的關(guān)系如表二所示. 表一 F/N 1.00 2.00 3.00 4.00 a/(ms－2) 1.90 3.95 5.85 7.62 表二 /kg－1 0.52 0.67 0.80 1.00 a/(ms－2) 1.53 2.10 2.49 3.10 (1)在如圖4所示的相應(yīng)坐標(biāo)系中，根據(jù)表一、表二所給數(shù)據(jù)作出圖象. 圖4 (2)由圖象可以判定：當(dāng)m一定時(shí)，a與F成 ；當(dāng)F一定時(shí)，a與m成 . (3)在研究a與m的關(guān)系時(shí)，作了a－圖象，而沒(méi)作a－m圖象，那么作a－圖象有何優(yōu)點(diǎn)？ 答案　(1)作出圖象如圖所示 (2)正比　反比 (3)a－m圖象是曲線，難以找出規(guī)律；a－圖象是直線，容易找出規(guī)律. 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法——圖象法、“化曲為直”法 1.研究加速度a和力F的關(guān)系 以加速度a為縱坐標(biāo)，力F為橫坐標(biāo)，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)描點(diǎn)，然后作出圖象，如圖5所示，若圖象是一條通過(guò)原點(diǎn)的直線，就能說(shuō)明a與F成正比. 圖5 2.研究加速度a與質(zhì)量m的關(guān)系 如圖6所示，因?yàn)閍－m圖象是曲線，檢查a－m圖象是不是雙曲線，就能判斷它們之間是不是成反比關(guān)系，但檢查這條曲線是不是雙曲線，相當(dāng)困難.若a和m成反比，則a與必成正比.我們采取“化曲為直”的方法，以a為縱坐標(biāo)，以為橫坐標(biāo)，作出a－圖象，若a－圖象是一條過(guò)原點(diǎn)的直線，說(shuō)明a與成正比，即a與m成反比. 圖6 三、其他實(shí)驗(yàn)方法的探究 1.“探究加速度與力、質(zhì)量的定量關(guān)系”實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)考慮的一個(gè)重點(diǎn)是如何保持小車(或滑塊)的合外力不變及如何改變合外力大小.為此，需消除摩擦力的影響，氣墊導(dǎo)軌上滑塊受到的摩擦力可以忽略不計(jì)，合外力等于繩的拉力；而在不光滑的木板上運(yùn)動(dòng)的小車，則需要平衡摩擦力. 2.平衡摩擦力的方法：在長(zhǎng)木板不帶滑輪的一端下面墊一木塊，反復(fù)移動(dòng)木塊位置，直到輕推小車在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)可保持勻速運(yùn)動(dòng)為止(紙帶上相鄰點(diǎn)間距相等). 3.在平衡摩擦力時(shí)，不要懸掛砝碼盤，但小車應(yīng)連著紙帶且接通電源；平衡摩擦力后，改變小車質(zhì)量后無(wú)須再重新平衡摩擦力. 例3　某實(shí)驗(yàn)小組利用圖7所示的裝置探究加速度與力、質(zhì)量的定量關(guān)系. 圖7 (1)下列做法正確的是 (填字母代號(hào)). A.調(diào)節(jié)滑輪的高度，使?fàn)恳緣K的細(xì)繩與長(zhǎng)木板保持平行 B.在調(diào)節(jié)木板傾斜度平衡木塊受到的滑動(dòng)摩擦力時(shí)，將裝有砝碼的砝碼桶通過(guò)定滑輪拴在木塊上 C.實(shí)驗(yàn)時(shí)，先放開(kāi)木塊再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源 D.通過(guò)增減木塊上的砝碼改變質(zhì)量時(shí)，不需要重新調(diào)節(jié)木板傾斜度 (2)圖8是甲、乙兩同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫(huà)出的圖象. 圖8 形成圖線甲的原因是 . 形成圖線乙的原因是 . 答案　(1)AD　(2)長(zhǎng)木板傾角過(guò)大　未平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠 解析　(1)實(shí)驗(yàn)中細(xì)繩要與長(zhǎng)木板保持平行，A項(xiàng)正確；平衡摩擦力時(shí)不能將裝有砝碼的砝碼桶通過(guò)細(xì)繩繞過(guò)滑輪拴在木塊上，B項(xiàng)錯(cuò)誤；實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源再放開(kāi)木塊，C項(xiàng)錯(cuò)誤；平衡摩擦力后，改變木塊上的砝碼質(zhì)量后不需要再重新平衡摩擦力，D項(xiàng)正確. (2)圖線甲中F＝0時(shí)，木塊就有了加速度，可見(jiàn)是長(zhǎng)木板傾角過(guò)大.圖線乙中，有了拉力時(shí)，加速度仍為0，說(shuō)明未平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠. 例4　兩個(gè)小車并排放在光滑水平桌面上，小車前端系上細(xì)線，線的另一端跨過(guò)定滑輪各掛一個(gè)小盤，盤里分別放有不同質(zhì)量的砝碼(圖9甲).小車所受的水平拉力F的大小可以認(rèn)為等于砝碼(包括砝碼盤)所受的重力大小.小車后端也系有細(xì)線，用一只夾子夾住兩根細(xì)線(圖乙)，控制兩輛小車同時(shí)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)和結(jié)束運(yùn)動(dòng). 圖9 由于兩個(gè)小車初速度都是零，運(yùn)動(dòng)時(shí)間又相同，因?yàn)閟＝，即s∝a，所以只要測(cè)出兩小車位移s之比就等于測(cè)出了它們的加速度a之比. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果是：當(dāng)兩小車質(zhì)量相同時(shí)， ；當(dāng)拉力F相等時(shí)， .實(shí)驗(yàn)中用砝碼(包括砝碼盤)所受的重力G＝mg的大小作為小車所受拉力F的大小，這樣做會(huì)引起實(shí)驗(yàn)誤差，為了減小這個(gè)誤差，G與小車所受重力Mg之間需要滿足的關(guān)系是： . 答案　加速度與拉力成正比　加速度與質(zhì)量成反比 G?Mg 解析　實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，當(dāng)兩小車質(zhì)量相同時(shí)，砝碼(包括砝碼盤)重力越大，相同時(shí)間內(nèi)位移越大，則加速度越大，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)，加速度與所受拉力成正比；若砝碼重力不變，即拉力不變時(shí)，質(zhì)量越大的小車，相同時(shí)間內(nèi)位移越小，即加速度越小，進(jìn)行測(cè)量分析知，加速度與質(zhì)量成反比.如果砝碼(包括砝碼盤)的重力G遠(yuǎn)小于小車的重力Mg時(shí)，G近似等于拉力F. 1.控制變量法：當(dāng)研究多個(gè)物理量的變化規(guī)律時(shí)，為了簡(jiǎn)便，可設(shè)計(jì)保持其他物理量不變，只研究剩余兩個(gè)變化物理量的關(guān)系，這種方法叫做控制變量法.兩個(gè)相同的小車放在光滑水平面上，前端各系一條細(xì)繩，繩的另一端跨過(guò)定滑輪各掛一個(gè)小盤，盤中各放數(shù)目不等的砝碼，就可以驗(yàn)證質(zhì)量一定的條件下，加速度與力的關(guān)系. 2.對(duì)比實(shí)驗(yàn)法：對(duì)比實(shí)驗(yàn)法在物理實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常用到. 兩小車后端各系一條細(xì)繩，一起被一個(gè)夾子夾著而使小車靜止(如圖10所示).打開(kāi)夾子，兩小車同時(shí)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，關(guān)上夾子，兩小車同時(shí)停下來(lái).用刻度尺測(cè)出兩小車通過(guò)的位移，位移之比就等于它們的加速度之比. 圖10 1.(實(shí)驗(yàn)原理)如圖11所示為一氣墊導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上安裝有一個(gè)光電門B，滑塊上固定一擋光片，滑塊用細(xì)線繞過(guò)氣墊導(dǎo)軌左端的定滑輪與力傳感器相連，力傳感器可測(cè)出繩子上的拉力大小.傳感器下方懸掛鉤碼，每次滑塊都從A處由靜止釋放. 圖11 (1)該同學(xué)用游標(biāo)卡尺測(cè)量擋光片的寬度d＝2.25 mm. (2)實(shí)驗(yàn)時(shí)，由數(shù)字計(jì)時(shí)器讀出擋光片通過(guò)光電門B的時(shí)間t＝1.010－2 s，則滑塊經(jīng)過(guò)光電門B時(shí)的瞬時(shí)速度為 m/s. (3)若某同學(xué)用該實(shí)驗(yàn)裝置探究加速度與力的關(guān)系， ①要求出滑塊的加速度，還需要測(cè)量的物理量是 (文字說(shuō)明并用相應(yīng)的字母表示). ②下列不必要的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)要求是 .(請(qǐng)?zhí)顚戇x項(xiàng)前對(duì)應(yīng)的字母) A.滑塊質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼和力傳感器的總質(zhì)量 B.應(yīng)使A位置與光電門間的距離適當(dāng)大些 C.應(yīng)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)節(jié)水平 D.應(yīng)使細(xì)線與氣墊導(dǎo)軌平行 答案　(2)0.225　(3)①擋光片到光電門的距離s?、贏 解析　(2)實(shí)驗(yàn)時(shí)，將滑塊從A位置由靜止釋放，由數(shù)字計(jì)時(shí)器讀出遮光條通過(guò)光電門B的時(shí)間t，滑塊經(jīng)過(guò)光電門時(shí)的瞬時(shí)速度可近似認(rèn)為是滑塊經(jīng)過(guò)光電門的平均速度.即v＝＝ m/s＝0.225 m/s. (3)①根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式a＝得，若要得到滑塊的加速度，還需要測(cè)量的物理量是擋光片到光電門的距離s. ②拉力是直接通過(guò)力傳感器測(cè)量的，故與小車質(zhì)量和鉤碼質(zhì)量的大小關(guān)系無(wú)關(guān)，故A錯(cuò)誤；應(yīng)使A位置與光電門間的距離適當(dāng)大些，有利于減小誤差，故B正確；應(yīng)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)節(jié)水平，使拉力等于合力，故C正確；要保持細(xì)線與氣墊導(dǎo)軌平行，拉力才等于合力，故D正確. 2.(實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理)“探究加速度與力、質(zhì)量的定量關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置如圖12甲所示. 圖12 (1)在平衡小車與桌面之間摩擦力的過(guò)程中，打出了一條紙帶如圖乙所示.計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的時(shí)間間隔為0.02 s，從比較清晰的點(diǎn)起，每5個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，測(cè)量并標(biāo)出相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離.該小車的加速度a＝ m/s2. (2)平衡摩擦力后，將5個(gè)相同的砝碼都放在小車上.掛上砝碼盤，然后每次從小車上取一個(gè)砝碼添加到砝碼盤中，測(cè)量小車的加速度.小車的加速度a與砝碼盤中砝碼總重力F的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表： 砝碼盤中砝碼總重力F/N 0.196 0.392 0.588 0.784 0.980 加速度a/(ms－2) 0.69 1.18 1.66 2.18 2.70 請(qǐng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在圖13所示坐標(biāo)系中作出a－F的關(guān)系圖象. 圖13 (3)根據(jù)提供的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出的a－F圖線不通過(guò)原點(diǎn)，請(qǐng)說(shuō)明主要原因. 答案　(1)0.16 (2)見(jiàn)解析圖 (3)計(jì)算F時(shí)忘記加入砝碼盤的重力 解析　(1)由題意可知計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔T＝5T0＝0.1 s. 由題圖乙可知Δs＝0.16 cm＝1.610－3 m，由Δs＝aT2可得a＝0.16 m/s2. (2)a－F圖線如圖所示. (3)平衡小車與桌面之間的摩擦力后，a－F圖象仍不通過(guò)原點(diǎn)，是由于在計(jì)算F時(shí)忘記加入砝碼盤的重力，使作出的圖象向左平移. 3.(實(shí)驗(yàn)的誤差分析)(多選)甲、乙、丙、丁四位同學(xué)在做“探究加速度與力、質(zhì)量的定量關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)時(shí)(使用圖14所示的裝置)，設(shè)小車和車上砝碼的總質(zhì)量為M，小盤及盤中砝碼的總質(zhì)量為m，分別得出如圖中甲、乙、丙、丁四個(gè)圖象，其中甲、乙、丙是a－F圖象，丁是a－圖象，則下列說(shuō)法正確的是(　　) 圖14 A.甲和乙沒(méi)有把握好實(shí)驗(yàn)條件M遠(yuǎn)大于m B.丙和丁沒(méi)有把握好實(shí)驗(yàn)條件M遠(yuǎn)大于m C.甲中長(zhǎng)木板的傾角太小，乙中長(zhǎng)木板的傾角太大 D.甲、乙、丙三位同學(xué)中，丙同學(xué)較好地完成了平衡摩擦力的操作 答案　BCD 解析　圖象甲和乙都是直線，說(shuō)明滿足小車和車上砝碼的總質(zhì)量M遠(yuǎn)大于小盤及盤中砝碼的總質(zhì)量m，而丙和丁沒(méi)有把握好此條件.故圖線出現(xiàn)彎曲，A錯(cuò)誤，B正確；甲、乙、丙中只有丙圖經(jīng)過(guò)原點(diǎn)，說(shuō)明只有丙較好地完成了平衡摩擦力的操作，D正確；圖象甲中圖線在橫軸上有截距，即F為某一值時(shí)才開(kāi)始有加速度，說(shuō)明長(zhǎng)木板傾角太小，沒(méi)有很好地平衡摩擦力，而圖象乙中圖線在縱軸上有截距，說(shuō)明長(zhǎng)木板傾角太大，平衡摩擦力過(guò)度，C正確. 一、選擇題 1.利用如圖1所示的裝置探究加速度與力、質(zhì)量的定量關(guān)系，下列說(shuō)法中正確的是(　　) 圖1 A.保持小車所受拉力不變，只改變小車的質(zhì)量，就可以探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系 B.保持小車質(zhì)量不變，只改變小車的拉力，就可以探究加速度與力、質(zhì)量之間的關(guān)系 C.先保持小車所受拉力不變，研究加速度與力的關(guān)系；再保持小車質(zhì)量不變，研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系，最后歸納出加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系 D.先保持小車質(zhì)量不變，研究加速度與力的關(guān)系；再保持小車受力不變，研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系，最后歸納出加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系 答案　D 解析　該實(shí)驗(yàn)采用的是控制變量法，即保持一個(gè)量不變，研究其他兩個(gè)量之間的關(guān)系.在探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系時(shí)，應(yīng)保持拉力不變，在探究加速度與力的關(guān)系時(shí)，應(yīng)保持質(zhì)量不變，最后歸納出加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系，A、B、C錯(cuò)誤，D正確. 2.如圖2所示是某同學(xué)“探究加速度與力、質(zhì)量的定量關(guān)系”實(shí)驗(yàn)時(shí)安裝完畢后，準(zhǔn)備釋放小車時(shí)的裝置示意圖.另一同學(xué)指出了圖中的幾處錯(cuò)誤，其中不正確的是(　　) 圖2 A.實(shí)驗(yàn)前沒(méi)有平衡摩擦力 B.拉小車的細(xì)線應(yīng)與長(zhǎng)木板平行 C.實(shí)驗(yàn)中所用電源應(yīng)為交流電源 D.小車應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器且打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)距右端較遠(yuǎn)些 答案　D 解析　小車應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器且打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)距左端較遠(yuǎn)些，選項(xiàng)D錯(cuò)誤. 3.在“探究加速度與力、質(zhì)量的定量關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，為了消除打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和木板對(duì)小車阻力的影響，關(guān)于該操作環(huán)節(jié)，下列四種裝置圖中正確的是(　　) 答案　B 解析　依靠重力來(lái)平衡阻力，同時(shí)阻力包含紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器之間的摩擦，故操作為：需要連上紙帶，但是不能掛重物，把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所在的一端墊高.故B正確，A、C、D錯(cuò)誤. 二、非選擇題 4.(實(shí)驗(yàn)原理)用圖3甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究加速度與力、質(zhì)量的定量關(guān)系. 圖3 (1)完成平衡摩擦力的相關(guān)內(nèi)容： ①取下砂桶，把木板不帶滑輪的一端墊高； ②接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源，輕推小車，讓小車拖著紙帶運(yùn)動(dòng).如果打出的紙帶如圖乙所示，則應(yīng) (填“增大”“減小”或“不改變”)木板的傾角，反復(fù)調(diào)節(jié)，直到紙帶上打出 的點(diǎn)跡為止. (2)某同學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)得到如圖丙所示的a－F圖象(砂和砂桶總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量)，則該同學(xué)探究的是：在小車質(zhì)量一定的條件下， 成正比. (3)上題中若砂和砂桶總質(zhì)量過(guò)大，不能遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量，則可能會(huì)出現(xiàn)下列圖象中的(　　) 答案　(1)減小　間隔相等　(2)小車的加速度與所受拉力　(3)B 解析　(1)由題圖乙所示紙帶可知，小車運(yùn)動(dòng)過(guò)程中在相等時(shí)間內(nèi)的位移越來(lái)越大，小車做加速運(yùn)動(dòng)，平衡摩擦力太過(guò)，木板傾角太大，應(yīng)減小木板的傾角，反復(fù)調(diào)節(jié)，直到紙帶上打出的點(diǎn)跡間隔相等為止. (2)由題圖丙可知，縱軸表示加速度，橫軸表示力，探究的是加速度與力的關(guān)系，應(yīng)控制小車質(zhì)量不變，由圖象可知：在小車質(zhì)量一定的條件下，小車的加速度與所受的拉力成正比. (3)若砂和砂桶總質(zhì)量過(guò)大，不能遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量，小車加速度與力不成正比，a－F圖象不是直線，a－F圖象向下彎曲，會(huì)出現(xiàn)B圖所示情況. 5.(實(shí)驗(yàn)的誤差分析)某實(shí)驗(yàn)小組利用小車、一端帶有滑輪的導(dǎo)軌、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和幾個(gè)已知質(zhì)量的小鉤碼探究加速度與力的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)裝置如圖4甲所示. 圖4 (1)圖乙是實(shí)驗(yàn)中得到的一條紙帶，圖中打相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔為0.1 s，由圖中的數(shù)據(jù)可得小車的加速度a為 m/s2. (2)該實(shí)驗(yàn)小組以測(cè)得的加速度a為縱軸，所掛鉤碼的總重力F為橫軸，作出的圖象如圖丙中圖線1所示，發(fā)現(xiàn)圖線不過(guò)原點(diǎn)，懷疑在測(cè)量力時(shí)不準(zhǔn)確，他們將實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改裝，將一個(gè)力傳感器安裝在小車上，直接測(cè)量細(xì)線拉小車的力F′，作a－F′圖如圖丙中圖線2所示，則圖線不過(guò)原點(diǎn)的原因是 ，對(duì)于圖象上相同的力，用傳感器測(cè)得的加速度偏大，其原因是 ； (3)該實(shí)驗(yàn)小組在正確操作實(shí)驗(yàn)后，再以測(cè)得的加速度a為縱軸，所掛鉤碼的總重力F和傳感器測(cè)得的F′為橫軸作圖象，要使兩個(gè)圖線基本重合，請(qǐng)你設(shè)計(jì)一個(gè)操作方案： . 答案　(1)0.195 (2)未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足　鉤碼的質(zhì)量未遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量 (3)將n個(gè)鉤碼都放在小車上，每次從小車上取一個(gè)鉤碼掛在細(xì)線上，其余鉤碼留在小車上隨小車一起運(yùn)動(dòng) 解析　(1)根據(jù)Δs＝aT2，運(yùn)用逐差法得：a＝＝ m/s2＝0.195 m/s2. (2)由圖線可知，F(xiàn)不等于零時(shí)，a仍然為零，可知圖線不過(guò)原點(diǎn)的原因是未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足.力傳感器可以直接得出細(xì)線拉力的大小，用鉤碼的重力表示細(xì)線的拉力，必須滿足鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量，否則細(xì)線的拉力實(shí)際上小于鉤碼的重力.所以對(duì)于圖線上相同的力，用傳感器測(cè)得的加速度偏大，原因是鉤碼的質(zhì)量未遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量. (3)要使兩個(gè)圖線基本重合，只要滿足鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量即可. 6.(實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理)如圖5所示為用拉力傳感器(能測(cè)量拉力的儀器)和速度傳感器(能測(cè)量瞬時(shí)速度的儀器)探究“加速度與物體受力的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置.用拉力傳感器記錄小車受到拉力的大小，在長(zhǎng)木板上相距L＝48.0 cm的A、B兩點(diǎn)各安裝一個(gè)速度傳感器，分別記錄小車到達(dá)A、B時(shí)的速率. 圖5 (1)實(shí)驗(yàn)主要步驟如下： ①將拉力傳感器固定在小車上. ②平衡摩擦力，讓小車在不受拉力時(shí)做 運(yùn)動(dòng). ③把細(xì)線的一端固定在拉力傳感器上，另一端通過(guò)定滑輪與鉤碼相連.為保證細(xì)線的拉力不變，必須調(diào)節(jié)滑輪的高度使 . ④接通電源后自C點(diǎn)釋放小車，小車在細(xì)線拉動(dòng)下運(yùn)動(dòng)，記錄細(xì)線拉力F的大小及小車分別到達(dá)A、B時(shí)的速率vA、vB. ⑤改變所掛鉤碼的數(shù)量，重復(fù)④的操作. (2)下表中記錄了實(shí)驗(yàn)測(cè)得的幾組數(shù)據(jù)，vB2－vA2是兩個(gè)速度傳感器記錄速度的平方差，則加速度的表達(dá)式a＝ ，請(qǐng)將表中第4次的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填寫完整(結(jié)果保留三位有效數(shù)字). 次數(shù) F/N vB2－vA2/(m2s－2) a/(ms－2) 1 0.60 0.77 0.80 2 1.04 1.61 1.68 3 1.42 2.34 2.44 4 2.62 4.65 5 3.00 5.49 5.72 (3)由表中數(shù)據(jù)，在圖6坐標(biāo)紙上作出a－F關(guān)系圖線. 圖6 (4)對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算得到的關(guān)系圖線(圖中已畫(huà)出理論圖線)，造成上述偏差的原因除了拉力傳感器讀數(shù)可能偏大外，還可能是 . 答案　(1)②勻速直線　③細(xì)線與長(zhǎng)木板平行 (2)　4.84 (3)見(jiàn)解析圖 (4)沒(méi)有完全平衡摩擦力 解析　(1)②平衡摩擦力完成的依據(jù)是小車在不受拉力作用時(shí)恰好做勻速直線運(yùn)動(dòng).③為保證細(xì)線的拉力不變，細(xì)線必須與長(zhǎng)木板平行. (2)由勻變速直線運(yùn)動(dòng)速度與時(shí)間的關(guān)系vB2－vA2＝2aL可得，a＝.將vB2－vA2＝4.65 m2/s2，L＝0.48 m代入后可得a≈4.84 m/s2. (3)如圖所示 (4)由作出的a－F圖象可知，當(dāng)拉力F已經(jīng)大于0時(shí)，小車的加速度仍然為0，故可能的原因是沒(méi)有完全平衡摩擦力.