《2025年步步高大一轮复习讲义物理教科版》

1. 实验目的
(1) 学会用控制变量法研究物理量之间的关系。
(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。

答案： 答题卡：
1. 实验目的作答：
(1) 控制变量法是通过控制其他物理量不变，只改变一个物理量来研究其对研究对象的影响。在本实验中，将分别控制物体的质量和所受的力，来研究加速度与力、质量各自的关系。
(2) 通过实验操作和数据测量，得出加速度$a$与物体所受的力$F$以及物体质量$m$的具体关系。即当质量$m$一定时，探究加速度$a$与力$F$的定量关系；当力$F$一定时，探究加速度$a$与质量$m$的定量关系。
(3) 利用图像法，将实验数据在坐标图中进行绘制，通过观察图像的形状和趋势，更直观地分析加速度与力、质量之间的关系，同时也可以从图像中获取更准确的数据信息。

2. 实验原理
(1) 保持质量不变，探究加速度与的关系。
(2) 保持合外力不变，探究加速度与的关系。
(3) 作出图像和图像，确定$a$与$F$、$m$的关系。

答案：
(1)合外力
(2)物体质量
(3)$a-F$；$a-\frac{1}{m}$

3. 实验器材
小车、槽码、细绳、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、学生电源、导线、纸带、天平、刻度尺、坐标纸等。

答案： 本题是对实验四“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”中实验器材相关问题的（假设是简答补充类型）作答（由于题目未明确具体问题，按常见器材作用等方向合理作答）：
这些实验器材的作用分别为：小车作为实验主体，通过其运动来研究加速度；槽码用于提供拉力，改变小车所受合力；细绳连接小车和槽码，传递拉力；一端附有定滑轮的长木板提供小车运动轨道，定滑轮可改变拉力方向；垫木用于调节木板倾斜程度，平衡摩擦力；打点计时器记录小车运动时间和位移，用于计算加速度；学生电源为打点计时器供电；导线连接电源和打点计时器；纸带记录小车运动信息；天平测量小车和槽码质量；刻度尺测量纸带上点间距；坐标纸用于处理数据，绘制图像。

4. 实验过程
(1) 测量：用天平测量槽码的质量$m'$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，只是不把悬挂槽码的细绳系在小车上(即不给小车)。
(3) 平衡阻力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫上垫木，使小车能下滑。
(4) 操作：①槽码通过细绳绕过定滑轮系于小车上，先后，断开电源，取下纸带，编上号码。
②保持小车的质量$m$不变，改变槽码的质量$m'$，重复步骤①。
③在每条纸带上选取一段比较理想的部分，计算加速度$a$。
④描点作图，作$a - F$图像。
⑤保持槽码的质量$m'$不变，改变小车质量$m$，重复步骤①和③，作$a-\frac{1}{m}$图像。

答案：
(2) 施加拉力
(3) 匀速
(4) ①接通电源；释放小车

5. 数据处理
(1) 利用逐差法或$v-t$图像法求$a$。
(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，$\frac{1}{m}$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。

答案：
(1) 利用逐差法：
设实验中测得的不同位移及对应时间为$ s_1, s_2, \cdots, s_n $和$ t_1, t_2, \cdots, t_n，$利用逐差法计算加速度 a：
$a = \frac{(s_4 - s_1) + (s_5 - s_2) + (s_6 - s_3)}{3 × (0.1)^2} \quad ($若时间间隔为0.1s) 或利用 v-t 图像法： 根据测得的速度 v 和时间 t，绘制 v-t 图像，其斜率即为加速度 a。
(2) 以 a 为纵坐标，F 为横坐标，描点并绘制图像。若图像为过原点的直线，则 a 与 F 成正比，即$ a \propto F。$
(3) 以 a 为纵坐标，$\frac{1}{m} $为横坐标，描点并绘制图像。若图像为过原点的直线，则 a 与 m 成反比，即$ a \propto \frac{1}{m}。$

6. 注意事项
(1) 开始实验前首先平衡阻力：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。在平衡阻力时，不要把悬挂槽码的细绳系在小车上，让小车拉着穿过打点计时器的纸带匀速运动。
(2) 实验过程中不用重复平衡阻力。
(3) 实验必须保证的条件：。
(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，并应先，后，且应在小车碰到滑轮前按住小车。

答案：
(1)小车所受的摩擦阻力
(3)槽码的质量远小于小车的质量
(4)打点计时器；接通电源；释放小车

7. 误差分析
(1) 实验原理不完善：本实验用槽码的总重力代替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于槽码的总重力。
(2) 平衡阻力不准确、质量测量不准确、计数点间距离测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差。

答案： 答题卡作答：
(1) 实验原理不完善引发误差：
实验中将槽码总重力 $mg$ 视为小车所受拉力 $F$，实际拉力 $F = \frac{M}{M + m} \cdot mg$（$M$ 为小车质量），导致 $F_{实际} ＜ mg$，产生系统误差。
(2) 其他误差来源：
平衡摩擦力不准确（如木板倾角不当）；
质量测量（小车或槽码质量）不精确；
计数点间距离测量存在偏差；
纸带或细绳未与木板严格平行，导致拉力方向偏差。