专题3.3　本专题实验【讲】——2023年高考物理一轮复习讲练测（人教）（解析版）.docx

专题3.3　本专题实验【讲】
【讲核心素养】
科学探究：探究加速度与力、质量的关系
（1）学会利用控制变量法来设计实验的能力。
（2）体会补偿思想在物理实验中的应用。
（3）会用纸带、光电门等处理实验数据
【讲考点题型】
【知识点一】实验：探究加速度与力、质量的关系
1.实验目的（1）学会应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）掌握利用图像处理数据的方法。
2.实验原理
（1）控制变量法
①保持质量不变，探究加速度与合力的关系。
②保持合力不变，探究加速度与质量的关系。
（2）求加速度
a＝或a＝。
3.实验器材
小车、砝码、小盘、细绳、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、低压交流电源、导线两根、纸带、天平、米尺。
4.实验步骤
（1）质量的测量：用天平测量小盘和砝码的质量m′和小车的质量m。
（2）安装：按照如图所示装置把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细绳系在小车上（即不给小车施加牵引力）。
（3）用阻力补偿法测合力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块，使小车能
匀速下滑。
（4）操作：①小盘通过细绳绕过定滑轮系于小车上，先接通电源后放开小车，断开电源，取下纸带，编号码。
②保持小车的质量m不变，改变小盘和砝码的质量m′，重复步骤①。
③在每条纸带上选取一段比较理想的部分，测加速度a。
④描点作图，作a－F的图像。
⑤保持小盘和砝码的质量m′不变，改变小车质量m，重复步骤①和③，作a－图像。
5.注意事项
（1）用阻力补偿法测合力：适当垫高木板不带定滑轮的一端，使小车的重力沿斜面方向的分力正好平衡小车和纸带受到的阻力。在用阻力补偿法测合力时，不要把悬挂小盘的细绳系在小车上，让小车拉着穿过打点计时器的纸带匀速运动。
（2）不用重复用阻力补偿法测合力。
（3）实验条件：m≫m′。
（4）一先一后一按：改变拉力或小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，后释放小车，且应在小车到达滑轮前按住小车。
6.误差分析
（1）实验原理不完善：本实验用小盘和砝码的总重力m′g代替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力。
（2）用阻力补偿法测合力不准确、质量测量不准确、计数点间距测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差。
7.数据处理
（1）利用Δx＝aT2及逐差法求a。
（2）以a为纵坐标，F为横坐标，描点、画线，如果该线为过原点的直线，说明a与F成正比。
（3）以a为纵坐标，为横坐标，描点、画线，如果该线为过原点的直线，就能判定a与m成反比。
【方法总结】
1．平衡摩擦力：平衡摩擦力时，要调出一个合适的斜面，使小车的重力沿着斜面方向的分力正好平衡小车受的摩擦阻力。此时，不要把悬挂小盘的细线系在小车上，即不要给小车给任何牵引力，要让小车拖着纸带匀速运动。
2．实验条件：M≫m。只有如此，小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力。
3．一先一后：改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，后放开小车，且应在小车到达滑轮前按住小车。
【例1】（2020·浙江·高考真题）做“探究加速度与力、质量的关系”实验时，图甲是教材中的实验方案；图乙是拓展方案，其实验操作步骤如下：
（ⅰ）挂上托盘和砝码，改变木板的倾角，使质量为M的小车拖着纸带沿木板匀速下滑；
（ⅱ）取下托盘和砝码，测出其总质量为m，让小车沿木板下滑，测出加速度a；
（ⅲ）改变砝码质量和木板倾角，多次测量，通过作图可得到的关系。
①实验获得如图所示的纸带，计数点a、b、c、d、e、f间均有四个点未画出，则在打d点时小车的速度大小_____（保留两位有效数字）；
②需要满足条件的方案是_____（选填“甲”、“乙”或“甲和乙”）；在作图象时，把作为F值的是_____（选填“甲”、“乙”或“甲和乙”）。
【答案】      0.18～0.19     甲     甲和乙
【解析】
①．打点计时器打点周期
由匀加速直线运动中，平均速度等于中间时刻的瞬时速度可得，在打d点时小车的速度
②．在图甲的实验方案中，由托盘和砝码的重力提供拉力，让小车做匀加速直线运动，由牛顿第二定律可得
则
则绳子对小车的拉力
当时，绳子拉力近似等于托盘和砝码的重力。
故甲需要满足。
在图乙的实验方案中，挂上托盘和砝码，小车匀速下滑，设斜面的倾斜角为，斜面和纸带对小车的摩擦力或阻力总和为f，则有
取下托盘和砝码，小车做匀加速直线运动，由牛顿第二定律可得
即
故乙方案中，不需要满足。
在甲乙