【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．經(jīng)歷探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系的設(shè)計過程，學(xué)會選擇合理的實驗方案進行探究實驗。2．經(jīng)歷用圖像處理數(shù)據(jù)的過程，從圖像中發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律。3．經(jīng)歷實驗操作和測量的過程，知道如何平衡摩擦力、減小系統(tǒng)誤差等操作方法。
一、實驗思路1．實驗裝置將小車置于____________上，通過滑輪與________相連。小車可以在槽碼的牽引下運動。
方法3：兩個初速度為零的勻加速直線運動的物體，在相等時間內(nèi)的位移之比就等于加速度之比，即__________。3．力的測量：小車所受的拉力________合力，用懸掛物重力替代小車所受的拉力。(條件是槽碼的質(zhì)量要比小車的質(zhì)量小很多)
一、實驗步驟1．安裝實驗器材：將小車置于帶有定滑輪的木板上，將紙帶穿過打點計時器后掛在小車尾部。2．平衡摩擦力：用薄墊塊將一端墊高，調(diào)整其傾斜程度，直到小車運動時打點計時器在紙帶上打出的點分布均勻為止。3．懸掛重物：在細線一端掛上重物，另一端通過定滑輪系在小車前端。
4．收集紙帶數(shù)據(jù)：將小車靠近打點計時器后開啟打點計時器，并讓小車由靜止釋放，打點計時器在紙帶上打出一系列點，據(jù)此計算出小車的加速度。5．改變小車受力：(1)保持小車的質(zhì)量不變，通過增加槽碼的數(shù)量，增加重物的質(zhì)量(總質(zhì)量仍遠小于小車質(zhì)量)。接通電源后放開小車，用紙帶記錄小車的運動情況。取下紙帶。并在紙帶上標(biāo)上號碼及所掛槽碼的總重力m1g。(2)重復(fù)步驟4，多做幾次實驗，并記錄好相應(yīng)紙帶的編號及所掛槽碼的總重力m2g、m3g…
6．改變小車質(zhì)量：(1)保持重物(小車所受的拉力)不變，通過增加或減少小車上的砝碼的方式，改變小車的質(zhì)量，接通電源后放開小車，用紙帶記錄小車的運動情況。取下紙帶，并在紙帶上標(biāo)上號碼及小車和砝碼的總質(zhì)量M1。(2)繼續(xù)在小車上增加砝碼，重復(fù)步驟6，多做幾次實驗，在每次實驗得到的紙帶上標(biāo)上號碼及小車和砝碼的總質(zhì)量M2、M3…7．求加速度：用公式Δx＝aT2，求得小車的加速度a，將得到的數(shù)據(jù)填入相應(yīng)表格中，以便進行數(shù)據(jù)處理。
二、數(shù)據(jù)收集與分析1．列F、a數(shù)據(jù)收集表：把小車在不同力作用下產(chǎn)生的加速度填在表中：
2．作a－F圖像的方法：以a為縱坐標(biāo)，F(xiàn)為橫坐標(biāo)，根據(jù)數(shù)據(jù)作a－F圖像，用曲線擬合測量點，找出規(guī)律，分析a與F的關(guān)系。
三、注意事項1．平衡摩擦力時不要掛重物，整個實驗平衡了摩擦力后，不管以后是改變槽碼的個數(shù)，還是改變小車及砝碼的質(zhì)量，都不需要重新平衡摩擦力。2．實驗中必須滿足小車和砝碼的總質(zhì)量遠大于槽碼的總質(zhì)量。只有如此，砝碼和小盤的總重力才可視為與小車受到的拉力相等。
3．各紙帶的加速度a，都應(yīng)是該紙帶上的平均加速度。4．作圖像時，要使盡可能多的點在所作直線上，不在直線上的點應(yīng)盡可能對稱分布在所作直線兩側(cè)。離直線較遠的點是錯誤數(shù)據(jù)，可舍去不予考慮。5．釋放時小車應(yīng)靠近打點計時器，且先接通電源再放開小車。
對實驗原理及操作過程的考查
　　　　　用如圖所示的裝置研究在作用力F一定時，小車的加速度a與小車質(zhì)量M的關(guān)系，某位同學(xué)設(shè)計的實驗步驟如下：
A．用天平稱出小車和小桶及內(nèi)部所裝沙子的質(zhì)量；B．按圖裝好實驗器材；C．把輕繩系在小車上并繞過定滑輪懸掛沙桶；D．將電磁打點計時器接在電壓為8 V的蓄電池上，接通電源，放開小車，打點計時器在紙帶上打下一系列點，并在紙帶上標(biāo)明小車質(zhì)量；E．保持小桶及其中沙子的質(zhì)量不變，增加小車上的砝碼個數(shù)，并記錄每次增加后的M值，重復(fù)上述實驗；F．分析每條紙帶，測量并計算出加速度的值；G．作a－M關(guān)系圖像，并由圖像確定a－M關(guān)系。
(1)該同學(xué)漏掉的重要實驗步驟是______________，該步驟應(yīng)排在______步實驗之后。(2)在上述步驟中，有錯誤的是______，應(yīng)把___________________改為_____________________________。
電壓為8 V的蓄電池　
8 V以下低壓交流學(xué)生電源　
(3)在上述步驟中，處理不恰當(dāng)?shù)氖莀_____，應(yīng)把__________改為__________。思路引導(dǎo)：掌握實驗原理及操作過程是處理該類問題的關(guān)鍵。
1．(2020·遼寧實驗中學(xué)高一上學(xué)期檢測)在探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力關(guān)系的實驗中，某小組設(shè)計了如圖所示的實驗裝置。圖中上下兩層水平軌道表面光滑，兩小車前端系上細線，細線跨過滑輪并掛上砝碼盤，兩小車后端的細線連到控制裝置上。
(1)在安裝實驗裝置時，應(yīng)調(diào)整滑輪的高度，使________________；在實驗時，為減小系統(tǒng)誤差，應(yīng)使砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量__________小車的質(zhì)量(選填“遠大于”“遠小于”或“等于”)。(2)該裝置中控制裝置的作用是______________________________。(3)本實驗通過比較兩小車的位移來比較小車加速度的大小，能這樣比較是因為____________________________________________________ ________________________________________。
控制兩小車同時運動和同時停止　
兩小車從靜止開始做勻加速直線運動，且兩小車的運動時間相等時加速度大小之比等于位移大小之比　
　　　　　在做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗時，計算出各紙帶的加速度后，將測得的反映加速度a和F關(guān)系的有關(guān)資料記錄在表一中。將測得的反映加速度a和質(zhì)量M關(guān)系的有關(guān)資料記錄在表二中。
2．(2021·廣州市天河外國語學(xué)校高一開學(xué)考試)某物理課外小組通過如圖甲所示的實驗裝置探究物體加速度與其所受合外力之間的關(guān)系。置于實驗臺上的長木板左端固定一輕滑輪；細線跨過滑輪，一端與放在木板上的小車相連，另一端可懸掛鉤碼。本實驗中可用的鉤碼共有N＝5個，每個質(zhì)量均為m。實驗步驟如下：
(1)為消除摩擦力的影響，實驗前平衡摩擦力的具體操作為：取下掛鉤碼的細繩，把木板不帶滑輪的一端適當(dāng)墊高并反復(fù)調(diào)節(jié)，直到輕推小車后，小車能沿木板做____________________運動；
(2)將1個鉤碼掛在細線左端，其余4個鉤碼放在小車內(nèi)，用手按住小車并使細線與木板平行。接通打點計時器的電源，然后釋放小車，得到如圖乙所示的紙帶，已知打點計時器打點的周期T＝0.02 s，其中A、B、C、D、E每相鄰兩個計數(shù)點之間還有4個點沒有標(biāo)出，根據(jù)紙帶提供的
數(shù)據(jù)，計算小車加速度的表達式為a＝________________(用英文字母表示)，算得小車加速度的大小為________m/s2。(計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)
1．(2021·浙江高一月考)某實驗小組利用如圖甲所示的裝置在進行“探究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系”的實驗：
(1)圖甲中的器材被稱為電火花計時器的是______(選填“A”或“B”)，其裝置使用的電源是圖乙中的______(選填“A”“B”“C”或“D”)。(2)實驗過程中下列做法正確的是________。A．調(diào)節(jié)滑輪的高度，使?fàn)恳≤嚨募毨K與長木板保持平行B．適當(dāng)墊高長木板無滑輪的一端使未掛砝碼桶的小車恰能拖著紙帶勻速下滑C．實驗時，先釋放小車再接通打點計時器電源D．通過增減小車上的鉤碼改變質(zhì)量時，需要每次都重新調(diào)節(jié)長木板傾斜角度
(3)在實驗中，某同學(xué)得到了一條紙帶如圖所示，選擇了A、B、C、D、E作為計數(shù)點，相鄰兩個計數(shù)點間還有4個計時點沒有標(biāo)出，其中x1＝7.05 cm，x2＝7.68 cm，x3＝8.33 cm、x4＝8.95 cm，電源50 Hz，可以計算出打紙帶上B點時小車的瞬時速度vB＝________m/s，小車運動的加速度大小________m/s2(以上結(jié)果都保留兩位有效數(shù)字)。
解析：(1)圖甲中的器材被稱為電火花計時器的是B；電火花計時器使用的是220 V的交流電源，則是圖乙中的D；(2)調(diào)節(jié)滑輪的高度，使?fàn)恳緣K的細繩與長木板保持平行，否則拉力不會等于合力，故A正確；在調(diào)節(jié)模板傾斜度平衡木塊受到的滑動摩擦力時，不懸掛“重物”，使小車恰能拖著紙帶勻速下滑，故B正確；實驗時，先接通打點計時器的電源再放小車，故C錯誤；平衡摩擦力后，有mgsin θ＝μmgcs θ即μ＝tan θ，與質(zhì)量無關(guān)，故通過增減木塊上的砝碼改變質(zhì)量時，不需要重新調(diào)節(jié)木板傾斜度，故D錯誤。
2．(2021·浙江金華市高一期末)如圖所示的甲、乙、丙都是高中物理實驗中常見的計時儀器。丙圖中a、b分別是光電門的激光發(fā)射和接收裝置，當(dāng)一輛帶有擋光片的小車從a、b間通過時，光電計時器就可以顯示擋光片的擋光時間。
(1)小王同學(xué)在“探究小車速度隨時間變化規(guī)律”的實驗中，做了一個U形遮光板如圖丁所示，兩個遮光片寬度均為L＝5 mm，將此U形遮光板裝在小車上，讓小車做勻變速直線運動通過靜止的光電計時器，實驗時測得兩次遮光時間分別為Δt1＝0.10 s，Δt2＝0.05 s，從第一個遮光片遮光到第二個遮光片遮光經(jīng)過的時間t＝1 s，則：第一個遮光片通過光電門的速度大小為________m/s，小車做加速直線運動的加速度大小________m/s2。
(2)小張同學(xué)選用乙圖打點計時器來完成“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗，實驗裝置圖如圖戊所示。圖乙是__________(選填“電磁”或“電火花”)打點計時器。打出一條紙帶如下圖所示，每兩個計數(shù)點之間還有四個計時點沒有畫出來，圖中上面的數(shù)字為相鄰兩個計數(shù)點間的距離，打點計時器工作頻率為50 Hz，打第4個計數(shù)點時紙帶的速度v4＝________m/s；小車做勻加速直線運動的加速度a＝________m/s2。(保留三位有效數(shù)字)

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