實驗3探究加速度與力、質量的關系注意事項1.實驗方法：控制變量法。2.平衡摩擦力：在平衡摩擦力時，不要懸掛小盤，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.不重復平衡摩擦力：平衡了摩擦力后，不管以后是改變小盤和砝碼的總質量還是改變小車和砝碼的總質量，都不需要重新平衡摩擦力。4.實驗條件：Mm。只有如此，小盤和砝碼的總重力才可視為小車受到的拉力。5.一先一后一按住：改變拉力和小車質量后，每次開始時小車應盡量靠近打點計時器，并應先接通電源，后放開小車，且應在小車到達滑輪前按住小車。6.作圖：作圖時兩軸標度比例要適當，各量須采用國際單位，這樣作圖線時，坐標點間距不至于過密，誤差會小些。誤差分析1.因實驗原理不完善引起的誤差：本實驗用小盤和砝碼的總重力mg代替小車的拉力，而實際上小車所受的拉力要小于小盤和砝碼的總重力。2.摩擦力平衡不準確、質量測量不準確、計數點間距測量不準確、紙帶和細繩不嚴格與木板平行都會引起誤差。熱點一教材原型實驗【例1】(201711月浙江選考)在做“探究加速度與力、質量的關系”實驗中，(1)下列儀器需要用到的是_(多選)。(2)下列說法正確的是_(多選)。A.先釋放紙帶再接通電源B.拉小車的細線應盡可能與長木板平行C.紙帶與小車相連端的點跡較疏D.輕推小車，拖著紙帶的小車能夠勻速下滑說明摩擦力已被平衡(3)如圖1所示是實驗時打出的一條紙帶，A、B、C、D為每隔4個點取的計數點，據此紙帶可知小車在D點的速度大小為_ m/s(小數點后保留兩位)。圖1解析(1)本實驗通過打點計時器打出的紙帶分布求物體的加速度，需要通過改變小車質量，用控制變量法研究加速度、質量、合外力之間的關系，所以選擇儀器A、D。(2)實驗時應先接通電源，待打點計時器正常工作后，再釋放小車，A錯誤；為了保證繩子拉力沿木板方向，所以繩子要與木板平行，所以B正確；小車釋放前應盡量靠近打點計時器，以保證點足夠多，便于分析小車加速度，開始運動時小車速度較慢，點間距較小，選項C錯誤；連紙帶的小車勻速下滑時表示小車所受合外力為零，說明摩擦力已被平衡，選項D正確。(3)根據vD m/s0.21 m/s。答案(1)AD(2)BD(3)0.21熱點二實驗拓展創新1.實驗器材的改進(1)氣墊導軌(不用平衡摩擦力)長木板(如圖2)圖2(2)利用光電門測速度(如圖3)圖3(3)利用位移傳感器測位移(如圖4)圖42.數據測量的改進3.實驗的拓展延伸以“探究加速度與力、質量的關系”為背景測量物塊與木板間的動摩擦因數。【例2】在用DIS研究小車加速度與外力的關系時，某實驗小組先用如圖5a所示的實驗裝置，重物通過滑輪用細線拉小車，在小車和重物之間接一個不計質量的微型力傳感器，位移傳感器（發射器）隨小車一起沿水平軌道運動，位移傳感器（接收器）固定在軌道一端，實驗中力傳感器的拉力為F，保持小車包括位移傳感器（發射器）的質量不變，改變重物重力重復實驗若干次，得到加速度與外力的關系如圖b所示。圖5（1）小車與軌道間的滑動摩擦力FfN。（2）從圖象中分析，小車包括位移傳感器（發射器）的質量為kg。（3）該實驗小組為得到a與F成正比的關系，應將斜面的傾角調整到tan 。解析（1）根據圖象可知，當F0.67 N時，小車開始有加速度，則Ff0.67 N。（2）根據牛頓第二定律aF，則aF圖象的斜率表示小車包括位移傳感器（發射器）質量的倒數，則M kg kg0.67 kg。（3）為得到a與F成正比的關系，則應該平衡摩擦力，則有：Mgsin Mgcos 解得tan ，根據FfMg得0.1所以tan 0.1。答案（1）0.67（2）0.67（3）0.11.（201811月浙江選考）在“探究加速度與力、質量的關系”的實驗中，兩個相同的小車放在光滑水平板上，前端各系一條細繩，繩的另一端跨過定滑輪各掛一個小盤，盤中可放重物。小車的停和動通過用黑板擦按住小車后的細線和抬起來控制，如圖6甲所示。實驗要求小盤和重物所受的重力近似等于使小車做勻加速直線運動的力。圖6（1）請指出圖乙中錯誤之處： _。（2）調整好實驗裝置后，在某次實驗中測得兩小車的位移分別是x1和x2，則兩車的加速度之比為。解析細繩拉力方向應與桌面平行，以保證小車受到恒力的作用，從而加速度恒定，如果不平行，則隨著小車的運動，小車水平方向的拉力會發生變化，同時根據題意“小盤和重物所受的重力近似等于使小車做勻加速直線運動的力”可知，只有當托盤和砝碼的質量遠小于小車質量時，才可以把小車受到的拉力認為近似等于托盤和砝碼的重力。根據xat2可知，兩車同時釋放，同時靜止，加速度之比等于位移之比。答案（1）拉小車的細繩與木板沒有平行托盤和砝碼的總質量沒有遠小于小車的質量（2）x1：x22.（2018浙江諸暨牌頭中學期中）在探究“加速度與力、質量的關系”的實驗中，某同學將實驗器材組裝后，釋放小車前瞬間的情景如圖7甲所示。（甲圖為實際拍攝圖，乙圖為相應簡圖）（1）在接通電源進行實驗之前，請你指出圖中的錯誤或不妥之處_，_，_。圖7（2）改正實驗裝置后，該同學順利地完成了實驗。圖8是他在實驗中得到的一條紙帶，圖中相鄰兩計數點之間時間間隔為0.1 s，由圖中數據可得小車的加速度為m/s2。圖8解析（1）打點計時器使用交流電源；為了盡可能的利用紙帶在釋放前小車應緊靠打點計時器；在本實驗中我們認為繩子的拉力等于物體所受的合外力，故在實驗前要首先平衡摩擦力。答案（1）小車沒有靠近打點計時器沒有平衡摩擦力電源使用了直流電源（2）0.40 m/s23.某實驗小組利用如圖9甲所示的裝置進行“探究加速度與合外力的關系”的實驗。（1）在實驗中必須平衡摩擦力，以平衡摩擦力，當小車運動時，摩擦力恰好被平衡。（2）為了減小誤差，在平衡摩擦力后，每次實驗必須通過改變鉤碼的個數來改變小車所受合外力，獲取多組數據。若小車質量為400 g，實驗中每次所用的鉤碼總質量范圍應選組會比較合理。（填選項前的字母）A.1040 gB.200400 gC.1 0002 000 g（3）實驗中打點計時器所使用的是（選填“交流”或“直流”）電源，頻率為50 Hz，圖乙中給出的是實驗中獲取的紙帶的一部分：1、2、3、4、5是計數點，每相鄰兩計數點間還有4個打點未標出，每兩個計數點間的時間間隔是s，由該紙帶可求得小車的加速度am/s2。（結果保留2位小數）（4）改變鉤碼的個數重復實驗，得到加速度a與合外力F的關系如圖丙所示，分析線段OA，可得出實驗的結論是_。圖9答案（1）傾斜木板勻速直線（2）A（3）交流0.11.07（4）在質量不變的條件下，物體的加速度與合外力成正比4.為了“探究加速度與力、質量的關系”，甲、乙、丙三位同學分別設計了如圖10所示的實驗裝置，小車總質量用M表示（乙圖中M包括小車與傳感器，丙圖中M包括小車和與小車固定的滑輪），鉤碼總質量用m表示。圖10（1）為便于測量合外力的大小，并得到小車總質量一定時，小車的加速度與所受合外力成正比的結論，下列說法正確的是（）A.三組實驗中只有甲需要平衡摩擦力B.三組實驗都需要平衡摩擦力C.三組實驗中只有甲需要滿足所掛鉤碼的總質量m遠小于小車的總質量M的條件D.三組實驗都需要滿足所掛鉤碼的總質量m遠小于小車的總質量M的條件（2）圖丁是用圖甲裝置中打點計時器所打的紙帶的一部分，O、A、B、C、D和E為紙帶上六個計數點，加速度大小用a表示。則OD間的距離為cm。圖戊是根據實驗數據繪出的st2圖線（s為各計數點至同一起點的距離），則加速度大小am/s2（保留3位有效數字）。（3）若乙、丙兩位同學發現某次測量中力傳感器和彈簧測力計讀數相同，通過計算得到小車加速度均為a，g為當地重力加速度，則乙、丙兩位同學實驗時所用小車總質量之比為。解析（2）由于刻度尺最小刻度為mm，則OD12.0 mm1.20 cm；戊圖中st2圖線為過原點的直線，即st2，由sat2可知，圖線斜率ka，a2k20.467 m/s20.934 m/s2。（3）由于圖乙、丙中力傳感器示數與彈簧測力計示數相同，則丙中小車拉力是乙中的2倍，而小車加速度相同，由此可知乙、丙兩位同學所用小車質量比為12。答案（1）BC（2）1.200.934（0.9320.935均可）（3）125.（2018新高考選考終極適應卷）如圖11，為某同學設計的“探究加速度與物體所受合力F及質量m的關系”實驗裝置簡圖。圖11（1）本實驗采用的實驗方法是。A.控制變量法 B.假設法C.理想實驗法 D.等效替代法（2）在保持小車受力相同時，探究加速度與質量關系的實驗中，以下說法正確的是。A.平衡摩擦力時，應將裝有砝碼的小桶用細繩通過定滑輪系在小車上 B.每次改變小車的質量時，不需要重新平衡摩擦力C.實驗時，先放開小車，再接通打點計時器電源 D.為得出加速度a與與質量m的關系而作出a圖象（3）圖12是實驗中獲取的一條紙帶的一部分，其中O、A、B、C、D是計數點，每相鄰兩計數點間還有4個點（圖中未標出），計數點間的距離如圖13，由紙帶求出小車打“B”點時的速度m/s，加速度的大小為m/s2。（計算結果均保留2位有效數字）圖12（4）如圖13所示是某同學在探究加速度與力的關系時，根據測量數據作出的aF圖線。其中圖線不過原點的原因是，圖線在末端彎曲的原因是_。圖13解析（1）本實驗采用的實驗方法是控制變量法。（2）平衡摩擦力時，應不掛小桶，讓小車拖著紙帶在木板上做勻速運動，選項A錯誤；每次改變小車的質量時，不需要重新平衡摩擦力，選項B正確；實驗時要先接通電源后放小車，選項C錯誤；因為a為正比關系，故為得出加速度a與與質量m的關系而作出a圖象，選項D正確。（3）計數點間的時