第3讲 补偿法—2021年高考物理实验方法大全（原卷版）.doc

第2讲 补偿法（原卷版）“探究加速度与物体受力的关系”实验方法江苏省特级教师 学科网特约金牌名师 戴儒京内容提要：在“探究加速度与物体受力的关系”的实验中，由于不能满足的条件，致使所画的图象出现弯曲使学生认为不是准确的正比关系，为了解决这个问题，我们用补偿法来做这个实验，就是把钩码全放在小车上，然后一个一个地拿出挂在钩子上，这样，小车和钩码的总质量不变，也就不要求的条件了，而画出来的图象是过原点的直线。关键词：补偿法，探究，加速度与受力关系，实验“探究加速度与物体受力的关系”的实验装置如图所示. 图中，置于试验台上的长木板水平放置，其右端固定一轻滑轮：轻绳跨过滑轮，一端与放在木板上的小滑车相连，另一端可悬挂钩码。小车质量为，每个钩码的质量。（取）平衡摩擦力后，将10个相同的钩码依次挂上，每次用打点计时器（图中未画出）测量小车的加速度。小车的加速度a与砝码总重力F的实验数据如下表：F/Na/m/s2000.10.1960780.20.3846150.30.5660380.40.7407410.50.9090910.61.0714290.71.228070.81.379310.91.525424101.666667用电脑Excel作出图象如下图：从图象可以看出，随着F的增大，图线不是直线（图中的红线是拟合线）。为了解决这个问题，我们用补偿法，方法如下：平衡摩擦力后，将10个相同的砝码都放在小车上.然后每次从小车上取一个砝码挂在细绳的另一端，测量加速度，得到小车的加速度a与砝码总重力F的实验数据如下表：F/Na/m/s2000.10.20.20.40.30.60.40.80.510.61.20.71.40.81.60.91.812用电脑Excel作出图象如下图：从图象可以看出，加速度与力F成正比。例1“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”的实验装置如图甲所示.（1）在平衡小车与桌面之间摩擦力的过程中，打出了一条纸带如图乙所示。计时器打点的时间间隔为0.02s.从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，量出相邻计数点之间的距离。该小车的加速度a=_m/s2.（结果保留两位有效数字）（2）平衡摩擦力后，将5个相同的砝码都放在小车上.挂上砝码盘，然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中，测量小车的加速度。小车的加速度a与砝码盘中砝码总重力F的实验数据如下表：砝码盘中砝码总重力F(N)0.1960.3920.5880.7840.980加速度a（m·s-2）0.691.181.662.182.70请根据实验数据作出a-F的关系图像.（3）根据提供的试验数据作出的-F图线不通过原点，请说明主要原因。例2 某物理课外小组利用图（a）中的装置探究物体加速度与其所受合外力之间的关系。图中，置于试验台上的长木板水平放置，其右端固定一轻滑轮：轻绳跨过滑轮，一段与放在木板上的小滑车相连，另一端可悬挂钩码。本实验中可用的钩码共有N=5个，每个质量均为0.010kg。实验步骤如下：（1）将5个钩码全部放入小车中，在长木板左下方垫上适当厚度的小物快，使小车（和钩码）可以在木板上匀速下滑。（2）将n（依次取n=1,2,3,4,5）个钩码挂在轻绳右端，其余N-n个钩码仍留在小车内；用手按住小车并使轻绳与木板平行。释放小车，同时用传感器记录小车在时刻t相对于其起始位置的位移s，绘制s-t图像，经数据处理后可得到相应的加速度a。（3）对应于不同的n的a值见下表。n=2时的s-t图像如图(b)所示：由图（b）求出此时小车的加速度（保留2位有效数字），将结果填入下表。n123450.200.580.781.00（4）利用表中的数据在图（c）中补齐数据点，并作出a-n图像。从图像可以看出：当物体质量一定时，物体的加速度与其所受的合外力成正比。（5）利用an图像求得小车（空载）的质量为_kg（保留2位有效数字，重力加速度取g=9.8 m·s2）。（6）若以“保持木板水平”来代替步骤（1），下列说法正确的是_（填入正确选项前的标号）Aan图线不再是直线Ban图线仍是直线，但该直线不过原点Can图线仍是直线，但该直线的斜率变大例3某同学设计了一个探究无轮子小车的加速度a与小车所受拉力F关系的实验，图甲为实验装置简图（计算结果保留两位小数）(1)他想用钩码的重力表示小车受到的合外力，为了减小这种做法带来的实验误差，你认为下列说法正确的是（_）A实验时要平衡摩擦力 B实验时不需要平衡摩擦力C钩码的重力要远小于小车的总重力 D实验进行时应先释放小车再接通电源(2)如图乙所示是某次实验中得到的一条纸带，其中0，1、2、3、4、5、6是计数点，相邻计数点间有4个点未画出，距离如图所示则打2点时小车的速度为_m/s；该同学计算小车加速度大小为_ m/s2。(3)当长木板水平放置时，保持实验小车重量20N不变，改变砂和砂桶质量，得到图丙中的图线不过原点现在要让图线过原点，则长木板与水平桌面的倾角应该调整为，则tan =_例4用如图所示的装置验证牛顿第二定律。图中A、B为两个光电门，C为固定在凹槽上的遮光条。实验前（不挂钩码）左右移动小木块使凹槽能够在长木板上匀速运动。设遮光条的宽度为d，两光电门间的距离为x。实验时凹槽每次都从同一位置由静止释放，研究对象为凹槽（包括内部的砝码）及钩码组成的系统。（1）将钩码逐个拿到凹槽中，记录每次所悬挂钩码的质量m1、m2、m3，释放凹槽，测出对应的加速度a1、a2、a3，则下列哪一图象能正确反映加速度a与悬挂钩码的重力mg之间的关系_。 （2）悬挂钩码的质量m保持不变，增加或减少槽内的砝码，测出每次对应的加速度，为了能直观反映在合外力一定的情况下，加速度与质量的关系，应做下列哪一图象_（M表示槽及槽内砝码的总质量）。Aa-M Ba-m C. D.（3）为了精确测量系统运动的加速度，甲同学固定光电门B，移动光电门A，然后释放凹槽，测出遮光条每次经过光电门A的时间t1。乙同学固定光电门A，移动光电门B，然后释放凹槽，测出遮光条每次经过光电门B的时间t2，两位同学根据图象求解系统的加速度。甲同学做出的图象应为下图中的_，乙同学做出的图象应为下图中的_。若甲同学所做图象的斜率的绝对值为k，则系统的加速度a=_。