2025年高考物理一輪總復習課件 第3章 實驗4 探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系

第三章運動和力的關(guān)系實驗四探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系實驗知識·自主回顧核心考點·重點突破提能訓練練案[18]實驗知識·自主回顧實驗方案1用控制變量法探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系1．實驗目的(1)學會用控制變量法研究物理規(guī)律。(2)學會靈活運用圖像法處理物理問題。(3)探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系，并驗證牛頓第二定律。2．實驗原理(1)保持小車質(zhì)量不變，探究小車加速度跟__________的關(guān)系。(2)保持合外力不變，探究小車加速度與________的關(guān)系。3．實驗器材小車、砝碼、小盤、細繩、一端附有定滑輪的長木板、薄木塊、__________________、低壓交流電源、導線、紙帶、復寫紙、托盤天平、米尺。合外力質(zhì)量電磁打點計時器4．實驗步驟(1)稱量質(zhì)量用____________測小盤的質(zhì)量m0和小車的質(zhì)量M。(2)安裝器材按照實驗原理圖把實驗器材安裝好，只是不把懸掛小盤的細繩系在小車上(即小車無牽引力)。(3)平衡摩擦力在長木板不帶定滑輪的一端下面墊上一塊薄木塊，反復移動薄木塊的位置，直至小車在不掛小盤和砝碼的情況下能沿木板做____________為止。托盤天平勻速直線運動(4)測量加速度①保持小車的質(zhì)量不變，讓小車靠近打點計時器，掛上小盤和砝碼，先接通電源，再讓小車拖著紙帶在木板上勻加速下滑，打出一條紙帶。計算小盤和砝碼的重力，由紙帶計算出小車的加速度，并記錄數(shù)據(jù)。改變小盤內(nèi)砝碼的個數(shù)，并多做幾次。②保持____________________不變，在小車上放上砝碼改變小車的質(zhì)量，讓小車在木板上滑動打出紙帶。計算砝碼和小車的總質(zhì)量M，并由紙帶計算出小車對應(yīng)的加速度，記錄數(shù)據(jù)。改變小車上砝碼的個數(shù)，多做幾次。小盤內(nèi)的砝碼個數(shù)5．數(shù)據(jù)處理(1)利用Δx＝aT2即逐差法求加速度。(2)以a為縱坐標，F(xiàn)為橫坐標，根據(jù)各組數(shù)據(jù)描點，如果這些點在一條過原點的直線上，說明a與F成正比。6．注意事項(1)補償阻力：在補償阻力時，不要把懸掛槽碼的細繩系在小車上，即不要給小車加任何牽引力，且要讓小車拖著紙帶勻速運動。(2)不重復補償阻力：補償了阻力后，不管以后是改變槽碼的質(zhì)量還是改變小車和小車上砝碼的總質(zhì)量，都不需要重新補償阻力。(3)實驗條件：每條紙帶都必須在滿足小車和小車上砝碼的總質(zhì)量遠大于小盤和砝碼總質(zhì)量的條件下打出。只有如此，小盤和砝碼總重力才可視為小車受到的拉力。(4)一先一后一按?。焊淖兝蛐≤囐|(zhì)量后，每次實驗開始時小車應(yīng)盡量靠近打點計時器，并應(yīng)先接通電源，后放開小車，且應(yīng)在小車到達定滑輪前按住小車。(5)作圖：作圖時，兩坐標軸單位長度的比例要適當，要使盡可能多的點落在所作直線上，不在直線上的點應(yīng)盡可能均勻地分布在所作直線兩側(cè)。7．誤差分析(1)系統(tǒng)誤差：用小盤和砝碼的總重力代替小車受到的拉力，實際上小車受到的拉力小于小盤和砝碼的總重力。(2)偶然誤差：摩擦力平衡不準確，質(zhì)量測量不準確，細繩不嚴格與木板平行等都會引起誤差。實驗方案2通過位移之比測量加速度之比將兩輛相同的小車放在水平木板上，前端各系一條細線，線的另一端跨過定滑輪各掛一個小盤，盤中可以放不同的重物。把木板一端墊高，參考方案1的方法補償阻力的影響。兩小車后端各系一條細線，用一個物體，例如黑板擦，把兩條細線同時按壓在木板上(如圖所示)。抬起黑板擦，兩小車同時開始運動，按下黑板擦，兩小車同時停下來。用刻度尺測出兩小車移動的位移x1、x2。由于兩小車運動時間t相同，從它們的位移之比就可以得出加速度之比。在盤中重物相同的情況下，通過增減小車中的重物改變小車的質(zhì)量。核心考點·重點突破1教材原型實驗【跟蹤訓練】

(用阻力補償法探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系)某物理興趣小組用如圖甲所示的裝置探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系。(1)下面是實驗操作步驟，請你整理出正確的操作順序，從先到后依次是______________。A．抬高長木板一端平衡摩擦力，讓小車做勻速直線運動；B．接通電源后釋放小車，使小車在細線的拉動下運動，測出槽碼的重力mg作為細線對小車的拉力F，利用紙帶測量出小車的加速度a；C．將紙帶穿過打點計時器并將一端固定在小車上；D．把細線的一端固定在小車上，另一端通過定滑輪與槽碼相連；E．更換紙帶，通過改變槽碼的個數(shù)改變小車所受的拉力，重復步驟B的操作。CADBE(2)實驗中打出的紙帶如圖乙所示，相鄰計數(shù)點間的時間間隔為0.1s，紙帶上只測出了兩組數(shù)據(jù)，圖中長度單位為cm，由此可以算出小車運動的加速度大小a＝______m/s2。(3)實驗得到的理想a－F圖像應(yīng)是一條過原點的直線，但由于實驗誤差影響，常出現(xiàn)如圖丙所示的三種情況，圖線①產(chǎn)生的原因是不滿足槽碼的總質(zhì)量遠________(填“小于”或“大于”)小車的質(zhì)量的條件；圖線②產(chǎn)生的原因是平衡摩擦力時長木板的傾角過______(填“小”或“大”)；圖線③產(chǎn)生的原因是平衡摩擦力時長木板的傾角過______(填“小”或“大”)。2小于大小[解析]

(1)按照實驗原理，題中五個步驟的先后順序應(yīng)該為CADBE。(2)由Δx＝aT2得(7.1－1.1)×10－2m＝3aT2解得a＝2m/s2。(3)實驗中認為槽碼的總重力等于繩的拉力F，圖線②在a軸的截距大于0，產(chǎn)生原因是平衡摩擦力時長木板的傾角過大，拉力F＝0(即不掛槽碼)時小車就具有了加速度；圖線③在F軸的截距大于0，產(chǎn)生原因是平衡摩擦力時長木板的傾角過小，只有當拉力F增加到一定值時，小車才獲得加速度。(通過位移之比測量加速度之比)在“探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系”實驗中，做如下探究：(1)為猜想加速度與質(zhì)量的關(guān)系，可利用圖1所示裝置進行對比實驗。兩小車放在水平板上，前端通過鉤碼牽引，后端各系一條細線，用板擦把兩條細線按在桌上，使小車靜止。抬起板擦，小車同時運動，一段時間后按下板擦，小車同時停下。對比兩小車的位移，可知加速度與質(zhì)量大致成反比。關(guān)于實驗條件，下列正確的是：______(選填選項前的字母)。BA．小車質(zhì)量相同，鉤碼質(zhì)量不同B．小車質(zhì)量不同，鉤碼質(zhì)量相同C．小車質(zhì)量不同，鉤碼質(zhì)量不同次數(shù)1234567a/(m·s－2)0.620.560.480.400.320.240.15M/kg0.250.290.330.400.500.711.00圖見解析圖甲(3)在探究加速度與力的關(guān)系實驗之前，需要思考如何測“力”。請在圖3中畫出小車受力的示意圖。__________________圖見解析圖乙為了簡化“力”的測量，下列說法正確的是：______(選填選項前的字母)。A．使小車沿傾角合適的斜面運動，小車受力可等效為只受繩的拉力B．若斜面傾角過大，小車所受合力將小于繩的拉力C．無論小車運動的加速度多大，砂和桶的重力都等于繩的拉力D．讓小車的運動趨近于勻速運動，砂和桶的重力才近似等于繩的拉力A[解析]

(1)為猜想加速度與質(zhì)量的關(guān)系，必須控制小車所受拉力相同，而讓小車的質(zhì)量不同，所以鉤碼質(zhì)量相同，故B正確。(3)小車受力示意圖如圖乙所示。使小車沿傾角合適的斜面運動，此時小車所受重力沿斜面的分力大小剛好等于小車所受的摩擦力大小，則小車所受的合力可等效為只受繩的拉力，故A正確；若斜面傾角過大，則小車的重力沿斜面的分力大于摩擦力，小車所受合力將大于繩的拉力，故B錯誤；由牛頓第二定律可知，只要小車加速運動，砂和桶的重力就大于繩的拉力，故C錯誤；除讓小車的運動趨近于勻速運動外，當小車的質(zhì)量遠大于砂和桶的質(zhì)量時，砂和桶的重力也近似等于繩的拉力，故D錯誤。2創(chuàng)新實驗提升

(能力考點·深度研析)1．實驗器材的改進(1)氣墊導軌：不用補償阻力。(2)力傳感器或彈簧測力計：可直接測繩的拉力，不必保證小車質(zhì)量遠大于鉤碼的總質(zhì)量。(3)速度傳感器、位移傳感器、光電門：可以更加精確測出小車的位移和瞬時速度。2．實驗方法的遷移應(yīng)用以牛頓第二定律為實驗原理，測量動摩擦因數(shù)、重力加速度、質(zhì)量等。?考向1實驗器材的改進

在探究物體質(zhì)量一定時加速度與力的關(guān)系實驗中，小明同學做了如圖甲所示的實驗改進，在調(diào)節(jié)桌面水平后，添加了力傳感器來測細線中的拉力。(g＝10m/s2)(1)關(guān)于該實驗的操作，下列說法正確的是______。A．必須用天平測出沙和沙桶的質(zhì)量B．一定要保證沙和沙桶的總質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量C．應(yīng)當先釋放小車，再接通電源D．需要改變沙和沙桶的總質(zhì)量，打出多條紙帶(2)本實驗用的方法是______________。(3)由實驗得到小車的加速度a與力傳感器示數(shù)F的關(guān)系如圖乙所示。則小車與軌道的滑動摩擦力Ff＝__________N。(4)小明同學不斷增加沙子質(zhì)量重復實驗，發(fā)現(xiàn)小車的加速度最后會趨近于某一數(shù)值，從理論上分析可知，該數(shù)值應(yīng)為______m/s2。D控制變量法1.05[解析]

(1)拉力可以由力傳感器來測出，不需要用天平測出沙和沙桶的質(zhì)量，也就不需要使沙和沙桶的總質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量，故A、B錯誤；打點計時器運用時，都是先接通電源，待打點穩(wěn)定后再釋放紙帶，故C錯誤；該實驗探究物體質(zhì)量一定時加速度與力的關(guān)系，需要改變沙和沙桶的總質(zhì)量，打出多條紙帶，故D正確。(2)控制變量法。(3)根據(jù)牛頓第二定律得2F－Ff＝Ma，當a＝0時，F(xiàn)f＝2F＝1.0N。?考向2實驗方案的改進

做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗時，圖甲是教材中的實驗方案；圖乙是拓展方案，其實驗操作步驟如下：(1)實驗獲得如圖所示的紙帶，計數(shù)點a、b、c、d、e、f間均有四個點未畫出，則在打d點時小車的速度大小vd＝______________________m/s(保留兩位有效數(shù)字)；(2)需要滿足條件M?m的方案是______(選填“甲”“乙”或“甲和乙”)；在作a－F圖像時，把mg作為F值的是__________(選填“甲”“乙”或“甲和乙”)。0.19(0.18～0.19均可)甲甲和乙?考向3實驗方法的遷移應(yīng)用

(2023·貴州畢節(jié)統(tǒng)考三模)某同學受“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的啟示，設(shè)計了如圖甲的實驗裝置，利用動力學方法測量砂桶中砂的質(zhì)量。主要實驗步驟如下：(1)平衡好摩擦力后，在砂桶中加入質(zhì)量為m0的砂；(