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2012屆高考物理第一輪能力提升復習:實驗 加速度與力和質量的關

編輯: 高中學習網 關鍵詞: 高三 來源: 逍遙右腦記憶


第四課時 實驗:加速度與力和質量的關系
【實驗要求】
1.通過實驗研究加速度與力、加速度與質量的關系。
2.掌握實驗數據處理的方法,能根據圖像寫出加速度與力、質量的關系式。
【實驗原理】
1.如圖所示裝置,保持小車質量M不變,改變小桶內砂的質量m,從而改變細線對小車的牽引力F(當m<2.保持小桶和砂的質量不變,在小車上加減砝碼,改變小車的質量M,測出小車的對應加速度a,由多組a、M數據作出加速度和質量倒數的關系a-M-1圖線,探究加速度與質量的關系。
【實驗器材】
小車,砝碼,小桶,砂,細線,附有定滑輪的長木板,墊塊,打點計時器,低壓交流電源,導線兩根,紙帶,托盤天平及砝碼,米尺。
【實驗步驟】
1.用調整好的天平測出小車和小桶的質量M和m,把數據記錄下來。
2.按如圖裝置把實驗器材安裝好,只是不把掛小桶用的細線系在小車上,即不給小車加牽引力。
3.平衡摩擦力:在長木板的不帶定滑輪的一端下面墊上墊塊,反復移動墊塊的位置,直至小車在斜面上運動時可以保持勻速直線運動狀態(可以從紙帶上打的點是否均勻來判斷)。
4.在小車上加放砝碼,小桶里放入適量的砂,把砝碼和砂的質量M'和m'記錄下來。把細線系在小車上并繞過滑輪懸掛小桶,接通電源,放開小車,打點計時器在紙帶上打下一系列點,取下紙帶,在紙帶上寫上編號。
5.保持小車的質量不變,改變砂的質量(要用天平稱量),按步驟4再做5次實驗。
6.算出每條紙帶對應的加速度的值。
7.用縱坐標表示加速度a,橫坐標表示作用力F,即砂和桶的總重力(m+m')g,根據實驗結果在坐標平面上描出相應的點,作圖線。探究加速度與外力的關系
8.保持砂和小桶的質量不變,在小車上加放砝碼,重復上面的實驗,并做好記錄,求出相應的加速度,用縱坐標表示加速度a,橫坐標表示小車和車內砝碼總質量的倒數1/(M+M’),在坐標平面上根據實驗結果描出相應的點并作圖線。探究加速度與質量的關系。
知識點一實驗注意事項
1.砂和小桶的總質量不要超過小車和砝碼的總質量的1/10,為什么?
2.在平衡摩擦力時,不要懸掛小桶,但小車應連著紙帶且接通電源。用手給小車一個初速度,如果在紙帶上打出的點的間隔是均勻的,表明小車受到的阻力跟它的重力沿斜面向下的分力平衡。
3.作圖時應該使所作的直線通過盡可能多的點,不在直線上的點也要盡可能對稱地分布在直線的兩側,但如遇個別特別偏離的點可舍去。
【例1】(廣東惠州市07屆高三第二次調研考試)在探究加速度與物體所受合外力和質量間的關系時,采用如圖所示的實驗裝置,小車及車中的砝碼質量用M表示,盤及盤中的砝碼質量用m表示,小車的加速度可由小車后拖動的紙帶由打點計數器打上的點計算出:
(1)當M與m的大小關系滿足   時,才可以認為繩子對小車的拉力大小等于盤和砝碼的重力。
(2)一組同學在探究加速度與質量的關系時,以下做法錯誤的是( )
A.平衡摩擦力時,應將盤及盤中的砝碼用細繩通過定滑輪系在小車上
B.每次改變小車質量時,不需重新平衡摩擦力
C.實驗時,先放開小車,再接通打點計時器電源
D.小車運動的加速度可用天平測出m以及小車質量M,直接用公式a=mg/M求出。
(3)在保持小車及車中的砝碼質量質量M一定,探究加速度與所受合外力的關系時,由于平衡摩擦力時操作不當,二位同學得到的a?F關系分別如下圖C、D所示(a是小車的加速度,F是細線作用于小車的拉力)。其原因分別是:
C圖:               
D圖:       
導示:(1)m<<M;(2)ACD
(3)C圖:平衡摩擦力時,長木板的傾角過大了;
D圖:沒有平衡摩擦力或木板的傾角過小。
知識點二誤差分析及數據處理
【例2】在探究加速度與物體質量、物體受力的關系實驗中,實驗裝置如圖乙所示:
一木塊放在水平光滑長木板上,左側拴有一不可伸長的細軟線,跨過固定在木板邊緣的滑輪與一重物相連,重物的質量為m .木塊右側與穿過打點計時器的紙帶相連,在重物牽引下,木塊在木板上向左做勻加速運動。圖甲給出了打點計時器在紙帶上打出的一些連續的點,它們之間的距離分別為S1、S2、S3、S4、S5、S6,打點計時器所用交流電周期為T。
根據給以上數據求:
(1)木塊的加速度a= .
(2)細線對木塊的拉力T= .
(3)為了減少誤差,你認為應采取什么措施?
。
導示:(1)
(2)
(3)木塊的質量應遠大于重物的質量,實驗前將木板右端稍墊高,直至木塊在細線未掛上重物時能沿木板勻速下滑。
【例3】(2007年物理海南卷.14)現要驗證“當質量一定時,物體運動的加速度與它所受的合外力成正比”這一物理規律。給定的器材如下:一傾角可以調節的長斜面(如圖)、小車、計時器一個、米尺。
(1)填入適當的公式或文字,完善以下實驗步驟(不考慮摩擦力的影響):
① 小車自斜面上方一固定點A1從靜止開始下滑至斜面底端A2,記下所用的時間
② 用米尺測量A1與A2之間的距離s,則小車的加速度 ____________。
③ 用米尺A1相對于A2的高h。設小車所受重力為mg,則小車所受的合外力F=________。
④ 改變_________________,重復上述測量。
⑤ 以h為橫坐標, 為縱坐標,根據實驗數據作圖。如能得到一條過原點的直線,則可以驗證“當質量一定時,物體運動的加速度與它所受的合外力成正比”這一規律。
(2)在探究如何消除上述實驗中摩擦阻力影響的過程中,某同學設計的方案是:
① 調節斜面傾角,使小車在斜面上勻速下滑。測量此時A1點相對于斜面底端A2的高度ho。
② 進行(1)中的各項測量。
③ 計算與作圖時用(h-ho)代替h?!?br>對此方案有以下幾種評論意見:
A. 方案正確可行
B. 方案的理論依據正確,但利用所給的器材無法確定小車在斜面上是否做勻速運動。
C. 方案的理論依據有問題,小車所受摩擦力與斜面傾角有關。
其中合理的意見是________。
導示:(1)?、? ?、? ?、芐泵媲憬牽ɑ蛺頷的數值)
(2)C。
知識點三實驗的拓展與延伸
【例4】(08’揚州三校聯考)一打點計時器固定在斜面上某處,一小車拖著穿過打點計時器的紙帶從斜面上滑下,如圖所示.打出的紙帶的一段如圖所示.
(1)已知打點計時器使用的交流電頻率為50HZ,利用紙帶圖給出的數據可求出小車下滑的加速度a= .
(2)為了求出小車在下滑過程中所受的阻力,還需測量的物理量有 。用測得的量及加速度a表示阻力的計算式為f= .
導示:(1)a=4.0m/s2。
(2)斜面傾角(或斜面的長和對應的高);
f=mgsinα-ma。
1、在本實驗中,關于器材的選擇和安放,下列說法中正確的是( )
A、可以用砂桶代替鉤碼拉動小車運動
B、必須將長木板水平放置在桌面上
C、打點計時器所用電源電壓只要在4V-6 V間就可以。因此,如果無學生電源,可用4節干電池代替
D、所掛鉤碼重力應大于小車的重力
2、在“探究加速度與力、質量的關系”的實驗時:
(1)我們已經知道,物體的加速度(a)同時跟合外力(F)和質量(m)兩個因素有關。要研究這三個物理量之間的定量關系的基本思路是
;
(2)小薇同學的實驗方案如圖所示,
為了用細線的拉力表示小車受到的合外力,還應該采取的措施是 。在滿足 的條件下,可以通過測量 來表示小車受到的合外力;
(3)小薇同學采用上述實驗方案,并利用公式 計算加速度,則在實驗操作中應采取的措施是: ;為了使誤差盡量小,你認為運用 公式計算小車加速度更合理;
(4)針對小薇同學的實驗設計、實驗操作、數據采集與處理,就其中的某一點,提出你有別于小薇同學設計或處理方法: 。
答案:1、A
2、(1)先保持m不變,研究a與F的關系,再保持F不變,研究a與m的關系;
(2)把木板的末端墊起適當高度以平衡摩擦力。砂和桶的質量遠小于小車質量,砂和桶的重力;
(3)先打開電源,再釋放小車; △S=aT2
(4)采用氣墊導軌以減小摩擦力;利用"光電門"和計算機連接直接得到加速度,利用v-t圖像計算加速度;用彈簧秤測量砂和桶的重力;用力和加速度的比值是否不變來處理數據,等等。


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