新高考物理一輪復(fù)習(xí)重難點(diǎn)練習(xí)實(shí)驗(yàn)04 探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系（原卷版）

實(shí)驗(yàn)04探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系1.理解實(shí)驗(yàn)的原理，明確實(shí)驗(yàn)過(guò)程并能進(jìn)行數(shù)據(jù)處理.2.了解實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)，會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行誤差分析.3.能對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行創(chuàng)新改進(jìn)．1．實(shí)驗(yàn)原理(1)保持質(zhì)量不變，探究加速度跟合外力的關(guān)系．(2)保持合外力不變，探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系．(3)作出a－F圖像和a－eq\f(1,m)圖像，確定a與F、m的關(guān)系．2．實(shí)驗(yàn)器材小車(chē)、槽碼、細(xì)繩、一端附有定滑輪的長(zhǎng)木板、墊木、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、學(xué)生電源、導(dǎo)線(xiàn)、紙帶、天平、刻度尺、坐標(biāo)紙．3．實(shí)驗(yàn)過(guò)程(1)測(cè)量：用天平測(cè)量槽碼的質(zhì)量m′和小車(chē)的質(zhì)量m.(2)安裝：按照如圖所示裝置把實(shí)驗(yàn)器材安裝好，只是不把懸掛槽碼的細(xì)繩系在小車(chē)上(即不給小車(chē)牽引力)．(3)補(bǔ)償阻力：在長(zhǎng)木板不帶定滑輪的一端下面墊上一塊薄木塊，使小車(chē)能勻速下滑．(4)操作：①槽碼通過(guò)細(xì)繩繞過(guò)定滑輪系于小車(chē)上，先接通電源后放開(kāi)小車(chē)，斷開(kāi)電源，取下紙帶，編號(hào)碼．②保持小車(chē)的質(zhì)量m不變，改變槽碼的質(zhì)量m′，重復(fù)步驟①.③在每條紙帶上選取一段比較理想的部分，計(jì)算加速度a.④描點(diǎn)作圖，作a－F的圖像．⑤保持槽碼的質(zhì)量m′不變，改變小車(chē)質(zhì)量m，重復(fù)步驟①和③，作a－eq\f(1,m)圖像．4．?dāng)?shù)據(jù)處理(1)利用逐差法或v－t圖像法求a.(2)以a為縱坐標(biāo)，F(xiàn)為橫坐標(biāo)，描點(diǎn)、畫(huà)線(xiàn)，如果該線(xiàn)為過(guò)原點(diǎn)的直線(xiàn)，說(shuō)明a與F成正比．(3)以a為縱坐標(biāo)，eq\f(1,m)為橫坐標(biāo)，描點(diǎn)、畫(huà)線(xiàn)，如果該線(xiàn)為過(guò)原點(diǎn)的直線(xiàn)，就能判定a與m成反比．5．注意事項(xiàng)(1)開(kāi)始實(shí)驗(yàn)前首先補(bǔ)償阻力：適當(dāng)墊高木板不帶定滑輪的一端，使小車(chē)的重力沿斜面方向的分力正好補(bǔ)償小車(chē)和紙帶受到的阻力．在補(bǔ)償阻力時(shí)，不要把懸掛槽碼的細(xì)繩系在小車(chē)上，讓小車(chē)?yán)┻^(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶勻速運(yùn)動(dòng)．(2)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不用重復(fù)補(bǔ)償阻力．(3)實(shí)驗(yàn)必須保證的條件：m?m′.(4)一先一后一按：改變拉力或小車(chē)質(zhì)量后，每次開(kāi)始時(shí)小車(chē)應(yīng)盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，并應(yīng)先接通電源，后釋放小車(chē)，且應(yīng)在小車(chē)到達(dá)滑輪前按住小車(chē)．6．誤差分析(1)實(shí)驗(yàn)原理不完善：本實(shí)驗(yàn)用槽碼的總重力m′g代替小車(chē)的拉力，而實(shí)際上小車(chē)所受的拉力要小于槽碼的總重力．(2)補(bǔ)償阻力不準(zhǔn)確、質(zhì)量測(cè)量不準(zhǔn)確、計(jì)數(shù)點(diǎn)間距離測(cè)量不準(zhǔn)確、紙帶和細(xì)繩不嚴(yán)格與木板平行都會(huì)引起誤差．【典例1】（2022·全國(guó)·高三課時(shí)練習(xí)）某實(shí)驗(yàn)小組采用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置，研究小車(chē)質(zhì)量不變時(shí)，其加速度a與所受合力F的關(guān)系。（1）在補(bǔ)償阻力這步操作中，______（選填“需要”或“不需要”）通過(guò)細(xì)繩把砂桶掛在小車(chē)上；（2）實(shí)驗(yàn)中得到的一條紙帶如圖乙所示，相鄰的兩計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有4個(gè)點(diǎn)未畫(huà)出，用毫米刻度尺測(cè)量出來(lái)的數(shù)據(jù)已在圖中標(biāo)出。已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期為0.02s，則該小車(chē)運(yùn)動(dòng)的加速度大小為_(kāi)_______m/s2（計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）；（3）該實(shí)驗(yàn)小組把砂和砂桶的總重力當(dāng)成小車(chē)的合力F，根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)，采用圖像法處理數(shù)據(jù)，畫(huà)出a-F圖像如圖丙所示，發(fā)現(xiàn)圖線(xiàn)上端彎曲，其原因可能是_______________；（4）關(guān)于本實(shí)驗(yàn)存在的誤差，以下說(shuō)法正確的是________。A．在圖乙中，每個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)均存在偶然誤差B．把砂和砂桶的總重力當(dāng)成小車(chē)的合力導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)中存在系統(tǒng)誤差C．實(shí)驗(yàn)中用圖像法處理數(shù)據(jù)可以減小系統(tǒng)誤差【典例2】（2022·上海黃浦·二模）某同學(xué)用如圖a所示的裝置驗(yàn)證加速度與力的關(guān)系。（1）為平衡摩擦力，將軌道一端略抬高，給小車(chē)一初速度使其在軌道上運(yùn)動(dòng)，利用位移傳感器獲得小車(chē)的速度-時(shí)間圖像如圖b，則應(yīng)適當(dāng)___________（選填“增大”“減小”）軌道傾角。平衡摩擦后，操作中要控制___________（選填“小車(chē)”“鉤碼”）的質(zhì)量不變。（2）經(jīng)過(guò)正確操作，所測(cè)量的拉力與加速度的數(shù)據(jù)如下表。請(qǐng)?jiān)趫Dc。中用“×”補(bǔ)充完成序號(hào)為4、5的數(shù)據(jù)描點(diǎn)并做出a-F圖像。___________序號(hào)F/Na/m·s-210.140.3920.190.5330.240.6740.250.8050.340.94（3）某同學(xué)對(duì)“將鉤碼的重力大小視為小車(chē)所受拉力的大小”的做法提出質(zhì)疑，并開(kāi)展了如下研究：他在小車(chē)上固定一個(gè)力傳感器，可直接測(cè)得小車(chē)所受拉力。測(cè)得小車(chē)與傳感器總質(zhì)量為0.486kg，改變鉤碼質(zhì)量，多次實(shí)驗(yàn)，測(cè)得多組鉤碼重力與小車(chē)所受拉力，圖d。中的圖線(xiàn)①、②分別為鉤碼重力、小車(chē)所受拉力隨鉤碼質(zhì)量變化的關(guān)系圖像。請(qǐng)根據(jù)圖像，針對(duì)該同學(xué)的質(zhì)疑給出回答。___________【典例3】（2022·天津市西青區(qū)楊柳青第一中學(xué)模擬預(yù)測(cè)）在“探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)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(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。兩小車(chē)放在水平板上，前端通過(guò)鉤碼牽引，后端各系一條細(xì)線(xiàn)，用板擦把兩條細(xì)線(xiàn)按在桌上，使小車(chē)靜止。抬起板擦，小車(chē)同時(shí)運(yùn)動(dòng)，一段時(shí)間后按下板擦，小車(chē)同時(shí)停下。對(duì)比兩小車(chē)的位移，可知加速度與質(zhì)量大致成反比。關(guān)于實(shí)驗(yàn)條件，下列正確的是：______（選填選項(xiàng)前的字母）。A．小車(chē)質(zhì)量相同，鉤碼質(zhì)量不同B．小車(chē)質(zhì)量不同，鉤碼質(zhì)量相同C．小車(chē)質(zhì)量不同，鉤碼質(zhì)量不同（2）在探究加速度與力的關(guān)系實(shí)驗(yàn)之前，需要思考如何測(cè)“力”。為了簡(jiǎn)化“力”的測(cè)量，如圖2所示，下列說(shuō)法正確的是：______（選填選項(xiàng)前的字母）。A．使小車(chē)沿傾角合適的斜面運(yùn)動(dòng)，小車(chē)受力可等效為只受繩的拉力B．若斜面傾角過(guò)大，小車(chē)所受合力將小于繩的拉力C．無(wú)論小車(chē)運(yùn)動(dòng)的加速度多大，砂和桶的重力都等于繩的拉力D．讓小車(chē)的運(yùn)動(dòng)趨近于勻速運(yùn)動(dòng)，砂和桶的重力才近似等于繩的拉力【典例4】（2022·全國(guó)·高三專(zhuān)題練習(xí)）用如圖甲所示的裝置探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系，把右端帶有滑輪的長(zhǎng)木板放在實(shí)驗(yàn)桌上，小車(chē)的左端連接穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶，右端連接細(xì)線(xiàn)，細(xì)線(xiàn)繞過(guò)定滑輪掛有托盤(pán)和砝碼，通過(guò)墊塊調(diào)節(jié)木板左端高度平衡摩擦力。（1）下列實(shí)驗(yàn)操作正確的有___________。A．先釋放小車(chē)后接通電源

B．調(diào)整定滑輪使細(xì)線(xiàn)與長(zhǎng)木板平行C．平衡摩擦力時(shí)必須移去紙帶

D．平衡摩擦力時(shí)必須移去托盤(pán)和砝碼（2）某次實(shí)驗(yàn)打出的一條紙帶如圖乙所示，測(cè)得計(jì)數(shù)點(diǎn)1、2、3、4與0計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離分別為x1=3.60cm、x2=9.61cm、x3=18.01cm、x4=28.81cm。已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)周期為0.02s，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間有四個(gè)點(diǎn)未畫(huà)出，則小車(chē)的加速度a=___________m/s2（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）。（3）實(shí)驗(yàn)中保持托盤(pán)和砝碼的總質(zhì)量不變，改變小車(chē)和車(chē)內(nèi)沙子的總質(zhì)量M，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)打出紙帶，算出相應(yīng)的加速度a，數(shù)據(jù)描在圖丙中，請(qǐng)?jiān)趫D丙中根據(jù)描出的點(diǎn)作出a-SKIPIF1<0圖像___________；由圖像可得出的結(jié)論是___________?！镜淅?】（2022·全國(guó)·高三專(zhuān)題練習(xí)）（1）在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，小張同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案，試圖通過(guò)彈簧秤讀數(shù)獲得繩子拉力的數(shù)據(jù)以減小實(shí)驗(yàn)誤差，其裝置如圖甲所示。①以下的實(shí)驗(yàn)操作有必要的是______（多選）A．平衡小車(chē)與軌道之間的摩擦力B．所掛重物質(zhì)量必須遠(yuǎn)小于小車(chē)質(zhì)量C．懸掛動(dòng)滑輪的兩側(cè)細(xì)線(xiàn)應(yīng)相互平行②某次實(shí)驗(yàn)中，小車(chē)釋放后彈簧秤示數(shù)如圖乙所示，其讀數(shù)為_(kāi)_____N，其讀數(shù)______（選填“大于”、“小于”或“等于”）小車(chē)靜止時(shí)彈簧秤的讀數(shù)。③在探究小車(chē)加速度與質(zhì)量關(guān)系時(shí)，保持懸掛重物質(zhì)量不變，通過(guò)增減小車(chē)上鉤碼數(shù)量改變小車(chē)質(zhì)量，獲得兩條紙帶的部分點(diǎn)跡如下圖所示，則紙帶______（選填“圖丙”或“圖丁”）對(duì)應(yīng)的小車(chē)質(zhì)量較大。【典例6】（2022·陜西寶雞·二模）如圖甲所示是某研究性學(xué)習(xí)小組探究小車(chē)加速度與力關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置，長(zhǎng)木板置于水平桌面上，一端系有沙桶的細(xì)繩通過(guò)滑輪與固定的拉力傳感器相連，拉力傳感器可顯示繩中拉力F的大小，改變桶中沙的質(zhì)量進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)。完成下列問(wèn)題：（1）實(shí)驗(yàn)時(shí)，下列操作或說(shuō)法正確的是______。A．需要用天平測(cè)出沙和沙桶的總質(zhì)量B．為減小誤差，實(shí)驗(yàn)中一定要保證沙和沙桶的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車(chē)的質(zhì)量C．選用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器比選用電火花計(jì)時(shí)器實(shí)驗(yàn)誤差小D．小車(chē)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，先接通