2025高考物理專項復(fù)習(xí)第四章 3.牛頓第二定律含答案

2025高考物理專項復(fù)習(xí)第四章3.牛頓第二定律含答案3.牛頓第二定律【課程標(biāo)準(zhǔn)】1.理解牛頓運動定律。2.能用牛頓運動定律解釋生活生產(chǎn)中的有關(guān)現(xiàn)象、解決有關(guān)問題。【知識導(dǎo)圖】情境引入賽車質(zhì)量小、動力大,容易在短時間內(nèi)獲得較大的速度,也就是說,賽車的加速度大。物體的加速度a與它所受的作用力F以及自身的質(zhì)量m之間存在什么樣的定量關(guān)系呢?必備知識·認(rèn)知導(dǎo)學(xué)一、牛頓第二定律1.內(nèi)容:物體加速度的大小跟它受到的作用力成正比,跟它的質(zhì)量成反比,加速度的方向跟作用力的方向相同。2.表達(dá)式(1)比例式形式:a∝Fm或F∝ma(2)等式形式:F=kma,式中k是比例系數(shù),F是物體所受的合力。各物理量單位未知時二、力的單位1.F=kma中k的數(shù)值取決于F、m、a的單位的選取。當(dāng)k=1時,質(zhì)量為1kg的物體在某力的作用下獲得1m/s2的加速度,則這個力F=ma=1__kg·m/s2,力F的單位就是千克米每二次方秒,把它稱作“牛頓”,用符號N表示。

2.在質(zhì)量的單位取千克(kg),加速度的單位取米每二次方秒(m/s2),力的單位取牛頓(N)時,牛頓第二定律可以表述為:F=ma。三、牛頓第二定律的理解(1)牛頓第二定律是一個瞬時對應(yīng)關(guān)系,即加速度和力是同時產(chǎn)生、同時變化、同時消失。(2)任何情況下,加速度的方向總與合外力的方向相同,加速度的大小與物體受到的合外力成正比,與質(zhì)量成反比。探索求真神舟十七號載人飛船于北京時間2023年10月26日11時14分成功發(fā)射。關(guān)于火箭點火升空的速度和加速度關(guān)系:火箭速度增大,加速度一定在增大嗎?提示:速度和加速度沒有必然的聯(lián)系,當(dāng)速度增大時,速度和加速度的方向必然一致,但加速度可以減小。因此火箭豎直向上升空過程中若速度增大,加速度方向一定向上,但加速度不一定增大。明辨是非1.牛頓第一定律是牛頓第二定律在合外力為零時的特例。 (×)提示:兩個定律是各自獨立的。2.牛頓第二定律說明,加速度的方向與合外力的方向一致。 (√)3.我們用較小的力推一個很重的箱子,箱子不動,可見牛頓第二定律不適用于較小的力。 (×)提示:牛頓第二定律適用于宏觀、低速運動的物體。4.牛頓第二定律表達(dá)式中的比例系數(shù),在國際單位制中才能等于1。 (√)5.牛頓第二定律只適用于慣性參考系和宏觀、低速運動的物體,慣性參考系是指相對于地面靜止或勻速的參考系。 (√)關(guān)鍵能力·探究導(dǎo)思學(xué)習(xí)任務(wù)一牛頓第二定律的性質(zhì)探錨——情境創(chuàng)設(shè)啟發(fā)設(shè)問螞蟻的困惑:從牛頓第二定律知道,無論怎樣小的力都可以使物體產(chǎn)生加速度,可是螞蟻無論怎樣用力都推不動一塊放在水平地面上的磚頭。請思考:牛頓第二定律是否錯了?請你解釋一下?提示:牛頓第二定律沒錯,牛頓第二定律中的力指合外力。解錨——要點歸納規(guī)律概括牛頓第二定律的基本性質(zhì)因果性只要物體所受合力不為0(無論合力多么小),物體就能獲得加速度,即力是產(chǎn)生加速度的原因矢量性物體加速度的方向與物體所受合力的方向總是相同的,加速度的方向由合力的方向決定瞬時性物體的加速度與物體所受合力總是同時存在、同時變化、同時消失的,所以牛頓第二定律反映的是力的瞬時作用效果同體性F、m、a三者對應(yīng)同一個物體獨立性作用在物體上的每個力都將獨立產(chǎn)生各自的加速度,且遵循牛頓第二定律,物體的實際加速度為每個力產(chǎn)生的加速度的矢量和。分力和加速度在各個分力方向上的分量也遵循牛頓第二定律,即Fx=max,Fy=may相對性牛頓第二定律必須是對相對地面靜止或做勻速直線運動的參考系而言的,對相對地面加速運動的參考系不適用統(tǒng)一性為使k=1,F、m、a三者必須統(tǒng)一使用國際單位制中的單位局限性牛頓第二定律只能解決慣性參考系中宏觀物體的低速運動問題起錨——典題突破學(xué)以致用【典例1】(多選)下列對牛頓第二定律的表達(dá)式F=ma及其變形公式的理解,正確的是 ()A.由F=ma可知,物體所受的合外力與物體的質(zhì)量和加速度成正比B.由m=FaC.由a=FmD.由m=Fa【解析】選C、D。牛頓第二定律的表達(dá)式F=ma表明了各物理量之間的數(shù)量關(guān)系,即已知兩個量,可求第三個量,作用在物體上的合外力,可由物體的質(zhì)量和加速度計算,并不由它們決定,故A錯誤;質(zhì)量是物體本身的屬性,由物體本身決定,與物體是否受力無關(guān),故B錯誤;由牛頓第二定律可知,加速度與合外力成正比,與質(zhì)量成反比,m可由其他兩個量求得,故C、D正確。[思維升華]牛頓第二定律的三個誤區(qū)(1)誤區(qū)一:認(rèn)為先有力,后有加速度。物體的加速度和合外力是同時產(chǎn)生的,不分先后,但有因果性,力是產(chǎn)生加速度的原因,沒有力就沒有加速度。(2)誤區(qū)二:認(rèn)為質(zhì)量與力成正比,與加速度成反比。不能根據(jù)m=Fa得出m∝F、m∝1a的結(jié)論,物體的質(zhì)量(3)誤區(qū)三:認(rèn)為作用力與質(zhì)量和加速度都成正比。不能由F=ma得出F∝m、F∝a的結(jié)論,物體所受合外力的大小是由物體的受力情況決定的,與物體的質(zhì)量和加速度無關(guān)?！狙a(bǔ)償訓(xùn)練】(2024·太原高一檢測)我國自主研制的水陸兩棲飛機(jī)“鯤龍”AG600已試飛成功。當(dāng)“鯤龍”AG600在水面上沿直線方向加速滑行時,其受到的合力()A.大小為零B.方向豎直向上C.方向與滑行方向相同D.方向沿滑行方向斜向上【解析】選C。當(dāng)物體做加速直線運動時,加速度與速度在同一條直線上且方向相同;當(dāng)物體做減速直線運動時,加速度與速度在同一條直線上且方向相反。從而得出“鯤龍”AG600在水面上沿直線方向加速滑行時加速度方向與滑行方向相同。根據(jù)牛頓第二定律可知,加速度方向與合力方向相同,所以“鯤龍”AG600在水面上沿直線方向加速滑行時合力方向與滑行方向相同,故選C。學(xué)習(xí)任務(wù)二牛頓第二定律的簡單應(yīng)用探錨——情境創(chuàng)設(shè)啟發(fā)設(shè)問如圖所示,滑翔傘是一批熱愛跳傘、滑翔翼的飛行人員發(fā)明的一種飛行器。現(xiàn)有一滑翔傘沿直線朝斜向下方向做勻加速直線運動。請思考:(1)滑翔傘和飛行人員受到幾個力的作用?(2)請畫出滑翔傘和飛行人員的受力圖。提示:(1)2個;(2)解錨——要點歸納規(guī)律概括1.應(yīng)用牛頓第二定律解題的步驟2.解題方法(1)矢量合成法:若物體只受兩個力作用時,常用平行四邊形定則求這兩個力的合外力,加速度的方向即是物體所受合外力的方向。(2)正交分解法:當(dāng)物體受多個力作用時,常用正交分解法求物體的合外力。①建立坐標(biāo)系時,通常選取加速度的方向作為某一坐標(biāo)軸(如x軸)的正方向(也就是不分解加速度),將物體所受的力正交分解后,列出方程Fx=ma,Fy=0。②特殊情況下,若物體的受力都在兩個互相垂直的方向上,也可將坐標(biāo)軸建立在力的方向上,正交分解加速度a,根據(jù)牛頓第二定律Fx提醒:在建立直角坐標(biāo)系時,不管選取哪個方向為x軸正方向,最后得到的結(jié)果都應(yīng)該是一樣的,但在選取坐標(biāo)軸時,應(yīng)以解題方便為原則。起錨——典題突破學(xué)以致用角度1構(gòu)建模型,分析受力【典例2】(2024·寧波高一檢測)趣味比賽“毛毛蟲競速”鍛煉體能的同時,也考驗班級的團(tuán)隊協(xié)作能力。某班級四位同學(xué)在比賽中齊心協(xié)力,默契配合,發(fā)令后瞬間加速出發(fā),加速度大小約為5.0m/s2。已知“毛毛蟲”道具質(zhì)量為10kg,重力加速度g的大小取10m/s2。則在發(fā)令后瞬間平均每位同學(xué)對道具的作用力約為 ()A.10N B.25N C.28N D.100N[思維導(dǎo)引]程序內(nèi)容研究對象“毛毛蟲”道具轉(zhuǎn)化情境“毛毛蟲”道具做勻加速直線運動選擇規(guī)律F合=ma【解析】選C。設(shè)平均每位同學(xué)對道具的作用力為F,對“毛毛蟲”道具受力分析,該道具受到重力和四位同學(xué)的作用力,如圖由幾何關(guān)系和牛頓第二定律得(mg)2+(ma)2=(4F)2,解得F合≈28N,故選C。角度2牛頓第二定律的瞬時性【典例3】(多選)(2024·天津和平區(qū)高一檢測)如圖在動摩擦因數(shù)μ=0.2的水平面上有一個質(zhì)量m=1kg小球,小球與水平輕彈簧及與豎直方向成θ=45°的不可伸長的輕繩一端相連,此時小球處于靜止?fàn)顟B(tài),且水平面對小球的彈力恰好為零。在剪斷輕繩瞬間(g=10m/s2),最大靜摩擦力等于滑動摩擦力,下列說法正確的是 ()A.小球受力個數(shù)改變B.小球?qū)⑾蜃筮\動,且a=8m/s2C.小球?qū)⑾蜃筮\動,且a=10m/s2D.若剪斷的是彈簧,則剪斷瞬間小球加速度的大小a=10m/s2【解析】選A、B。在剪斷輕繩前,小球處于靜止?fàn)顟B(tài),且水平面對小球的彈力恰好為零;則小球受重力、繩子的拉力以及彈簧的彈力三個力處于平衡,根據(jù)共點力平衡得知彈簧的彈力為F=mgtan45°=10N,剪斷輕繩的瞬間,彈簧的彈力仍然為10N,小球此時受重力、彈簧的彈力、水平面的支持力和摩擦力四個力作用,小球的受力個數(shù)增大,故A正確;剪斷輕繩的瞬間,彈簧的彈力不變,小球受四個力作用,由牛頓第二定律得F-μmg=ma,解得a=F-μmgm=10-0[思維升華](1)彈簧彈力發(fā)生宏觀形變,形變變化需要一個過程,彈簧彈力不能突變;(2)繩的拉力發(fā)生微觀形變,形變變化不需要過程,繩的拉力可以突變。對點訓(xùn)練1.(2024·南京高一檢測)某同學(xué)為研究南通地鐵一號線的運動情況,他用細(xì)線將一支圓珠筆懸掛在地鐵的豎直扶手上,地鐵啟動時用手機(jī)拍攝了如圖所示的照片,拍攝方向跟地鐵前進(jìn)方向垂直,則估測地鐵啟動的加速度為 ()A.0.05g B.0.15gC.0.25g D.0.35g【解析】選B。從圖片可以估算出,圓珠筆偏離平衡位置的距離與懸掛點到圓珠筆的豎直高度的比值接近1∶6.5,設(shè)偏轉(zhuǎn)角為θ,則tanθ=16.5。對圓珠筆進(jìn)行受力分析可知Tcosθ=mg,Tsinθ=ma,聯(lián)立解得a2.(多選)如圖所示,小球與輕彈簧、水平細(xì)繩相連,輕彈簧、細(xì)繩的另一端分別固定于P、Q兩點。小球靜止時,輕彈簧與豎直方向的夾角為θ。小球的質(zhì)量為m,重力加速度大小為g,下列說法正確的是 ()A.小球處于靜止?fàn)顟B(tài)時,彈簧彈力大小為mgcosθB.小球處于靜止?fàn)顟B(tài)時,細(xì)繩中彈力大小為mgtanθC.僅剪斷細(xì)繩的瞬間,小球的加速度大小為gtanθD.僅剪斷細(xì)繩的瞬間,小球的加速度方向水平向左【解析】選B、C、D。小球處于靜止?fàn)顟B(tài)時,對小球受力分析,根據(jù)平衡條件F彈cosθ=mg,F彈sinθ=F繩,解得彈簧彈力大小F彈=mgcosθ,細(xì)繩中彈力大小為F繩=mgtanθ,故A錯誤,B正確;剪斷細(xì)繩瞬間,輕彈簧拉力不改變,則小球受的合外力與F繩等大反向,根據(jù)牛頓第二定律可得F合=mgtanθ=ma,即a=gtan【補(bǔ)償訓(xùn)練】1.(2024·合肥高一檢測)如圖所示,質(zhì)量為m的手機(jī)靜置在支架斜面上,斜面與水平面的夾角為θ,手機(jī)與接觸面的動摩擦因數(shù)為μ,重力加速度為g。下列說法正確的是 ()A.手持支架向上勻加速直線運動且手機(jī)與支架間無相對滑動,手機(jī)受到的支持力與靜止時受到的支持力相等B.支架斜面對手機(jī)的摩擦力大小為μmgcosθ,方向沿斜面向上C.手持支架向左做勻加速直線運動且手機(jī)與支架間無相對滑動,手機(jī)可能不受支持力D.手持支架向右做勻加速直線運動且手機(jī)與支架間無相對滑動,手機(jī)可能不受摩擦力【解析】選D。手持支架向上做勻加速直線運動且手機(jī)與支架間無相對滑動,手機(jī)有向上的加速度,處于超重狀態(tài),手機(jī)受到的支持力比靜止時受到的支持力大,故A錯誤;支架斜面對手機(jī)的摩擦力為靜摩擦力,大小為f=mgsinθ,故B錯誤;手持支架向左做勻加速直線運動且手機(jī)與支架間無相對滑動,加速度水平向左,根據(jù)摩擦力產(chǎn)生的條件可知,摩擦力的水平分力與支持力的水平分力之差提供加速度,手機(jī)一定受到支持力作用,故C錯誤;手持支架向右做勻加速直線運動且手機(jī)與支架間無相對滑動,加速度水平向右,當(dāng)支持力的水平分力恰好提供加速度所需的力,則沒有摩擦力,故D正確。2.(多選)(2024·深圳高一檢測)如圖所示,在質(zhì)量為M的廂式電梯的地板上固定一輕質(zhì)彈簧,彈簧的上端拴接一質(zhì)量為mA的物體A,質(zhì)量為mB的物體B放置在物體A上,整個裝置隨電梯一起勻速下降,彈簧保持豎直,重力加速度為g。某時刻懸掛電梯的鋼索突然斷裂,在鋼索斷裂的瞬間,下列說法正確的是 ()A.物體A的加速度大小為0B.物體B的加速度大小為gC.廂式電梯的加速度大小為(D.物體B對物體A的壓力為0【解析】選A、C。根據(jù)題意可知,鋼索斷裂的瞬間,彈簧的彈力不變,所以A、B的受力情況不變,加速度均為0,物體B對物體A的壓力等于自身重力,對廂式電梯分析,由牛頓第二定律有(mB+mA+M)g=Ma,解得a=(m學(xué)習(xí)任務(wù)三求解物體的受力情況和運動情況探錨——情境創(chuàng)設(shè)啟發(fā)設(shè)問“忘卻玉弓相笑倦,攢花日夕未曾歸”描述了我國一種傳統(tǒng)民俗體育活動——毽球運動,經(jīng)驗豐富的毽球愛好者可以通過豎直上拋毽球來檢驗其質(zhì)量的好壞?，F(xiàn)使一毽球豎直向上直線飛行,已知毽球所受的空氣阻力大小與毽球的速率成正比,試分析:(1)毽球在上升過程中,所受阻力如何變化?加速度如何變化?(2)毽球在下降過程中,所受阻力如何變化?加速度如何變化?提示:(1)上升:阻力減小,加速度減小。(2)下降:阻力增大,加速度減小。解錨——要點歸納規(guī)律概括求解物體受力和運動情況問題的步驟(1)明確研究對象;(2)分析研究對象的受力情況;(3)考慮研究對象運動的狀態(tài)變化情況,即有無加速度;(4)規(guī)定正方向或建立坐標(biāo)系,列方程求解。起錨——典題突破學(xué)以致用【典例4】(多選)(2024·呼和浩特高一檢測)質(zhì)量為0.5kg的智能玩具車在水平面上由靜止做勻加速直線運動,第1s內(nèi)通過的位移是0.4米,則正確的結(jié)論有()A.第1s末的速度為0.4m/sB.智能玩具車的加速度為0.8m/s2C.第2s內(nèi)通過位移為1.2mD.智能玩具車的牽引力是0.4N【解析】選B、C。根據(jù)x=12at2,可得智能玩具車的加速度為a=0.8m/s2,故B正確;第1s末的速度為v=at=0.8m/s,故A錯誤;第2s內(nèi)通過的位移為x2=(12×0.8×22-12×0.8×12)m=1.2m,故C正確;智能玩具車的合力F合=ma=0.對點訓(xùn)練(多選)(2024·綿陽高一檢測)足球比賽中,某隊甲、乙隊員表演了一次精彩的直塞球傳遞:在甲、乙相距L時,甲將足球以15m/s的初速度沿水平地面?zhèn)鞒?速度方向沿甲、乙連線,在球傳出的同時,乙由靜止開始沿二者連線向遠(yuǎn)離甲的方向運動,其運動過程的v-t圖像如圖所示。當(dāng)t=3s時乙與球到達(dá)同一位置,重力加速度為10m/s2,下列說法正確的是 ()A.0~3s內(nèi)足球和乙相遇兩次B.足球所受阻力大小是其重力的1C.乙與足球相遇時足球的位移為75mD.甲乙間最初距離L為16.875m【解析】選B、D。根據(jù)題意可知,此為球追人,且0~3s內(nèi)足球的速度始終大于人的速度,因此0~3s內(nèi)足球和乙不可能相遇兩次,故A錯誤;設(shè)足球的質(zhì)量為m,所受阻力為f,加速度大小為a1,由速度—時間圖像可得a1=ΔvΔt=7.53m/s2=2.5m/s2,由牛頓第二定律有f=ma1=14mg,故B正確;速度—時間圖像中圖線與時間軸圍成的面積表示位移,則可得乙與足球相遇時足球的位移為x1=(15+7.5)×3×12m=33.75m,C錯誤;根據(jù)速度—時間圖像可得乙的位移為x2=(3-1.5+3)×7.5×12m=16.875m,乙與球之間的位移關(guān)系為L+x【拓展例題】考查內(nèi)容:求解物體受力和運動情況【典例】(多選)(2024·遂寧高一檢測)如圖(a)所示的無人機(jī)具有4個旋翼,可以通過調(diào)整旋翼的傾斜度而產(chǎn)生不同方向的升力。某次實驗,調(diào)整旋翼使無人機(jī)受豎直向上的恒定升力F從地面靜止升起,到達(dá)穩(wěn)定速度過程中,其運動圖像如圖(b)所示。假設(shè)無人機(jī)飛行時受到的空氣阻力與速率成正比,即f=kv,方向與速度方向相反,則下列說法正確的是 ()A.無人機(jī)在第1s內(nèi)的位移等于0.5mB.無人機(jī)在第1s內(nèi)速度的變化量大于第2s內(nèi)速度的變化量C.空氣給無人機(jī)的作用力逐漸增大D.空氣給無人機(jī)的作用力逐漸減小【解析】選B、D。v-t圖像與橫軸圍成的面積表示位移,根據(jù)第1s內(nèi)圖線彎曲情況可知位移x1>12×1×1m=0.5m,故A錯誤;v-t圖像的斜率表示加速度,無人機(jī)在第1s內(nèi)的加速度大于第2s內(nèi)的加速度,由Δv=aΔt可知第1s內(nèi)速度的變化量大于第2s內(nèi)速度的變化量,故B正確;空氣給無人機(jī)的作用力F空為空氣對無人機(jī)的升力和對其的阻力的合力,由牛頓第二定律得F空-mg=ma隨堂檢測·自我診斷1.(牛頓第二定律的性質(zhì))從牛頓第二定律可知 ()A.同一物體的運動速度變化越快,受到的合力也越大B.同一物體的運動速度變化越小,受到的合外力也越小C.物體的質(zhì)量與它受到的合外力成正比,跟它的加速度成反比D.同一物體的運動速度越大,受到的合外力也越大【解析】選A。同一物體的運動速度變化越快,加速度越大,根據(jù)牛頓第二定律可知,物體受到的合力也越大,故A正確;同一物體的運動速度變化越小,加速度不一定越小,根據(jù)牛頓第二定律可知,物體受到的合外力不一定越小,故B錯誤;物體的質(zhì)量與物體本身有關(guān),與受到的合外力、物體的加速度無關(guān),故C錯誤;同一物體的運動速度越大,加速度不一定越大,根據(jù)牛頓第二定律可知,物體受到的合外力不一定越大,故D錯誤。2.(牛頓第二定律的簡單應(yīng)用)如圖所示為某運動員做蹦床運動的簡化示意圖,A為運動員某次下落過程的最高點,B為運動員下落過程中剛接觸蹦床時的位置,C為運動員下落過程的最低點。不計空氣阻力,下列說法正確的是 ()A.從B點至C點的過程中,運動員的速度一直在減小B.從A點至C點的過程中,運動員先做勻加速直線運動后做勻減速直線運動C.從B點至C點的過程中,運動員的加速度一直增大D.從A點至C點的過程中,運動員在C點的加速度最大【解析】選D。不計空氣阻力,從B到C運動員受自身重力和蹦床彈力共同作用,有a=mg-Fm,其中彈力F一直增大,當(dāng)彈力與重力等大時,加速度為零,運動員的速度達(dá)到最大,之后加速度反向,將做減速運動,有a=F-mgm,運動員在C點時彈力最大,加速度最大。故A錯誤、D正確;從A點至3.(求物體的受力情況和運動情況)如圖所示,一架質(zhì)量m=5.0×103kg的噴氣式飛機(jī),從靜止開始在機(jī)場的跑道上滑行,經(jīng)過距離x=5.0×102m,達(dá)到起飛速度v=60m/s。在這個過程中飛機(jī)受到的平均阻力是飛機(jī)重量的0.02倍,g取10m/s2,求:(1)飛機(jī)滑行時的加速度為多大;(2)飛機(jī)滑行時受到的牽引力多大?！窘馕觥?1)飛機(jī)在加速過程中,由運動學(xué)公式得v2-0=2ax,所以a=v22x=3(2)由牛頓第二定律得F-0.02mg=ma,所以F=0.02mg+ma=1.9×104N答案:(1)3.6m/s2(2)1.9×104N2.實驗:探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系必備知識·實驗認(rèn)知一、實驗?zāi)康?1)探究加速度與力、質(zhì)量之間的定量關(guān)系。①探究加速度與力的關(guān)系;②探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系。(2)學(xué)會用控制變量的方法,探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系。二、實驗器材帶定滑輪的木板、墊木、小車、細(xì)繩、天平、砝碼、槽碼、打點計時器、紙帶、交流電源、刻度尺。三、實驗原理與設(shè)計1.本實驗采用的科學(xué)方法:控制變量法。2.實驗原理:實驗原理圖如圖所示將小車置于水平木板上,通過滑輪與槽碼相連。(1)探究加速度與力的關(guān)系:保持小車質(zhì)量不變,通過改變槽碼的個數(shù)改變小車所受的拉力。測得不同拉力下小車運動的加速度,找出二者之間的定量關(guān)系。(2)探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系:保持小車所受的拉力不變,通過在小車上增減砝碼的數(shù)量來改變小車的質(zhì)量。測得不同質(zhì)量的小車在這個拉力下運動的加速度,找出加速度與質(zhì)量的關(guān)系。關(guān)鍵能力·實驗探究1.需要測量的物理量2.實驗步驟(1)測量:用天平測量槽碼的質(zhì)量m'和小車的質(zhì)量m。(2)安裝:按照如圖所示裝置把實驗器材安裝好,只是不把懸掛槽碼的細(xì)繩系在小車上(即不給小車牽引力)。(3)平衡摩擦力:在長木板的不帶定滑輪的一端下面墊上一塊墊木,使小車能勻速下滑。(4)操作:①小盤通過細(xì)繩繞過定滑輪系于小車上,先接通電源后放開小車,斷開電源,取下紙帶編號碼。②保持小車的質(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,測加速度a。④描點作圖,作a-F的圖像。⑤保持槽碼的質(zhì)量m'不變,改變小車質(zhì)量m,重復(fù)步驟①和③,作a-1m3.數(shù)據(jù)處理(1)列F、a數(shù)據(jù)收集表把小車在不同力作用下產(chǎn)生的加速度填在表中:實驗序號12345F/Na/(m·s-2)(2)作a-F圖像的方法:以a為縱坐標(biāo)、F為橫坐標(biāo),根據(jù)數(shù)據(jù)作a-F圖像,擬合測量點,找出規(guī)律,分析a與F的關(guān)系。(3)列m、a數(shù)據(jù)收集表把不同質(zhì)量的小車(小車和砝碼)在相同力的作用下產(chǎn)生的加速度填在表中:實驗序號12345m/kg1m/(kg-1a/(m·s-2)(4)作a-1m圖像的方法:分別以a為縱坐標(biāo)、m和1m為橫坐標(biāo),根據(jù)數(shù)據(jù)作a-m圖像和a-1m圖像,分析a(5)實驗結(jié)論:①對同一物體,當(dāng)m不變時,物體的加速度a與所受力F成正比。②對不同物體,當(dāng)F不變時,物體的加速度a與質(zhì)量m成反比。4.實驗注意事項(1)平衡摩擦力:適當(dāng)墊高木板的右端,使小車的重力沿斜面方向的分力正好平衡小車和紙帶受到的摩擦力。在平衡摩擦力時,不要把懸掛槽碼的細(xì)繩系在小車上,讓小車?yán)螯c的紙帶勻速運動。(2)不重復(fù)平衡摩擦力。(3)實驗條件:m?m'。(4)一先一后一按:改變拉力和小車質(zhì)量后,每次開始時小車應(yīng)盡量靠近打點計時器,并應(yīng)先接通電源,后釋放小車,且應(yīng)在小車到達(dá)定滑輪前按住小車。5.系統(tǒng)誤差分析(1)圖像不過原點:實驗中作出的a-F圖像有時不過原點,如圖甲、乙所示。造成這種現(xiàn)象的主要原因是平衡摩擦力不夠(或過度)。圖甲的情況說明還沒有掛槽碼便已經(jīng)出現(xiàn)了加速度,原因是平衡摩擦力過度,即長木板傾角過大;圖乙的情況說明拉力比較小時小車沒有運動,原因是沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠。(2)圖像彎曲:實驗中作出的a-F圖像有時不是直線,如圖丙所示。造成這種現(xiàn)象的原因是未滿足槽碼的質(zhì)量m',遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量m(m'?m)。實驗中用槽碼的重力代替小車受到的拉力,然而實際上由于槽碼也要加速運動,所以繩上的拉力要小于槽碼的重力。槽碼質(zhì)量越大,則加速越快,拉力與重力的差值也越大,實驗誤差越明顯,并逐漸出現(xiàn)圖像彎曲現(xiàn)象。(3)偶然誤差①質(zhì)量的測量誤差;②紙帶上打點計時器打點間隔距離的測量誤差;③細(xì)繩或紙帶不與木板平行會造成誤差;④作圖不準(zhǔn)確造成誤差。[交流討論]為什么在研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系時,不作a-m圖像,而是作a-1m提示:作a-m關(guān)系圖像,得到的是曲線,很難確定兩者的關(guān)系;若a與m成反比,則a與1m必成正比,我們采用“化曲為直”的方法,改作a-1創(chuàng)新典例·深研剖析類型一教材原型實驗角度1實驗原理和步驟【典例1】(2024·慶陽高一檢測)在“探究加速度和力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗中,采用如圖所示的裝置進(jìn)行實驗。(1)實驗中,需要在木板的右端墊上一個小木塊,其目的是__平衡小車運動過程中受到的摩擦力__。

(2)實驗中,已經(jīng)測出小車的質(zhì)量為M,砝碼(包括砝碼盤)的總質(zhì)量為m,若要將砝碼(包括砝碼盤)所受的總重力大小作為小車所受拉力F的大小,這樣做的前提條件是__m?M__。

(3)下列說法正確的是__A、C__。

A.實驗時,應(yīng)先接通打點計時器的電源,再放開小車B.小車應(yīng)在靠近滑輪處釋放C.先保持小車的質(zhì)量不變,研究加速度與力的關(guān)系;再保持小車受力不變,研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系,最后歸納出加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系【解析】(1)實驗中,需要在木板的右端墊上一個小木塊,其目的是平衡小車運動過程中受到的摩擦力。(2)實驗中,若要將砝碼(包括砝碼盤)所受的總重力大小作為小車所受拉力F的大小,這樣做的前提條件是m?M。(3)實驗時,應(yīng)先接通打點計時器的電源,再放開小車,A正確;小車應(yīng)在靠近打點計時器處釋放,紙帶上才能打出更多的點,B錯誤;先保持小車的質(zhì)量不變,研究加速度與力的關(guān)系;再保持小車受力不變,研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系,最后歸納出加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系,C正確。答案:(1)平衡小車運動過程中受到的摩擦力(2)m?M(3)A、C角度2數(shù)據(jù)處理【典例2】(2024·鹽城高一檢測)某同學(xué)用圖甲裝置來“探究物體加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”。他將砂和小桶總重力的大小作為細(xì)線對小車?yán)Φ拇笮?通過改變小桶中砂的質(zhì)量改變拉力。為使細(xì)線對小車的拉力等于小車所受的合外力,實驗中需要平衡摩擦力。(1)他用小木塊將長木板的右側(cè)墊高來平衡摩擦力。具體操作是:將木板的一側(cè)適當(dāng)墊高后,把裝有紙帶的小車放在木板上,紙帶穿過打點計時器,在__不掛__(選填“掛”或“不掛”)小桶并且打點計時器打點的情況下,輕輕推一下小車,若小車拖著紙帶做__勻速直線__運動,則表明消除了摩擦力的影響。

(2)在一次實驗中,該同學(xué)得到如圖乙所示的紙帶。已知打點計時器所用電源頻率為50Hz。A、B、C、D、E、F、G是紙帶上打出的7個連續(xù)的點。由此可算出小車的加速度a=__5.0(4.9~5.1均可)__m/s2(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。

(3)他在探究小車加速度a與所受拉力F的關(guān)系時,根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出的a-F圖像如圖丙所示。發(fā)現(xiàn)圖線不過原點,原因可能是__A__。

A.木板一端墊得過高B.忘記了平衡摩擦力C.砂和小桶的總質(zhì)量太大了D.砂和小桶的總質(zhì)量太小了(4)另一同學(xué)利用如圖丁所示的裝置測定導(dǎo)軌上滑塊運動的加速度,滑塊上安裝了寬度為d的遮光板?；瑝K在牽引力作用下先后通過兩個光電門A、B,配套的數(shù)字毫秒計(圖中未畫出)記錄了遮光板通過第一個光電門A的時間為Δt1,遮光板通過第二個光電門B的時間為Δt2,兩個光電門A、B間距離為L,則滑塊的加速度表達(dá)式為a'=

(dΔ【解析】(1)平衡摩擦力時,不掛小桶,但掛上紙帶,并且打開打點計時器,如果小車做勻速直線運動,證明平衡好了摩擦力。(2)根據(jù)Δx=aT2可得a=(xDE+x(3)由圖丙可知,還沒有加拉力時,就存在加速度,說明木板一端墊得過高,故選A。(4)根據(jù)vB2-v可得a'=(答案:(1)不掛勻速直線(2)5.0(4.9~5.1均可)(3)A(4)(類型二創(chuàng)新型實驗【典例3】某實驗小組設(shè)計了如圖甲所示的實驗裝置“探究加速