2025高考物理總復(fù)習(xí)探究加速度與物體受力物體質(zhì)量的關(guān)系

第6講實驗探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系高考總復(fù)習(xí)2025強基礎(chǔ)固本增分研考點精準(zhǔn)突破目錄索引強基礎(chǔ)固本增分一、實驗?zāi)康?.學(xué)會用控制變量法研究物理量的關(guān)系。2.探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系。3.掌握利用圖像處理數(shù)據(jù)的方法。二、實驗器材打點計時器、紙帶、小車、一端附有定滑輪的長木板、槽碼、夾子、細繩、交變電源、導(dǎo)線、天平、刻度尺、砝碼。三、實驗思路(一)控制變量法的應(yīng)用將小車置于水平木板上,用細繩通過滑輪與槽碼相連,小車可以在槽碼的牽引下運動。1.保持小車質(zhì)量不變,研究加速度與力的關(guān)系。2.保持小車所受的拉力不變,研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系。(二)物理量的測量1.用天平測量質(zhì)量:為了改變小車的質(zhì)量,可以在小車中增減砝碼的數(shù)量。2.將打點計時器的紙帶連在小車上,根據(jù)紙帶上打出的點來測量加速度。3.現(xiàn)實中,僅受一個力作用的物體幾乎不存在。然而,一個單獨的力的作用效果與跟它大小、方向都相同的合力的作用效果是相同的。因此,實驗中作用力F的含義可以是物體所受的合力。用阻力補償法確定小車受到的合力——槽碼的牽引力。四、進行實驗1.稱量質(zhì)量——用天平測量槽碼和小車的質(zhì)量。2.安裝器材——按如圖所示裝置安裝器材(暫時不把懸掛槽碼的細繩系在小車上)。

使細繩的拉力等于小車所受合力3.平衡摩擦及其他阻力——在長木板不帶定滑輪的一端下面墊上一塊薄木塊,反復(fù)移動薄木塊的位置,直至小車能拉著紙帶勻速下滑。

紙帶上所打點均勻為標(biāo)志4.測量加速度(1)保持小車的質(zhì)量不變,打出一條紙帶。計算槽碼的重力,由紙帶計算出小車的加速度,填入表中。改變槽碼的個數(shù),多做幾次實驗。(2)保持槽碼個數(shù)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,并由紙帶計算出小車對應(yīng)的加速度,填入表中。改變小車上砝碼的個數(shù),多做幾次實驗。五、數(shù)據(jù)分析1.利用Δx=aT2及逐差法求a。2.以a為縱坐標(biāo),F為橫坐標(biāo),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。3.以a為縱坐標(biāo),為橫坐標(biāo),描點、連線,如果該線為過原點的直線,就能判定a與m成反比。六、誤差分析1.實驗原理不完善:本實驗用槽碼所受的重力代替小車所受的拉力,而實際上小車所受的拉力要小于槽碼所受的重力。2.摩擦力平衡不準(zhǔn)確、質(zhì)量測量不準(zhǔn)確、計數(shù)點間距測量不準(zhǔn)確、紙帶和細繩不嚴(yán)格與木板平行都會引起誤差。七、其他方案概述方案:通過位移之比測量加速度之比如圖所示,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,參考前面的阻力補償法補償阻力的影響,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。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。完成上述實驗后,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,再進行實驗?！獭獭獭痢獭裂锌键c精準(zhǔn)突破考點一教材原型實驗考向一

實驗原理和實驗操作典題1(2023天津?qū)幒佣?探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系的實驗裝置如圖所示,小車裝有砝碼,現(xiàn)做如下探究:(1)下列對實驗操作的判斷正確的是

(填字母代號)。

A.調(diào)節(jié)定滑輪的高度,使?fàn)恳≤嚨募毨K與長木板保持平行B.在調(diào)節(jié)長木板傾斜度平衡小車受到的滑動摩擦力時,將裝有砝碼的小盤通過定滑輪系在小車上C.實驗時,先放開小車再接通打點計時器的電源D.每次改變小車質(zhì)量時,不需要重新調(diào)節(jié)長木板傾斜度(2)為使砝碼及小盤的總重力在數(shù)值上近似等于小車運動時受到的拉力,應(yīng)滿足的條件是砝碼及小盤的總質(zhì)量

(選填“近似等于”“遠大于”或“遠小于”)小車和小車上砝碼的總質(zhì)量。

AD遠小于解析

(1)實驗中細繩要保持與長木板平行,A正確;平衡摩擦力時不能將小盤和砝碼通過定滑輪系在小車上,B錯誤;實驗時應(yīng)先接通電源再放開小車,C錯誤;平衡摩擦力后,每次改變小車的質(zhì)量時,小車的重力沿斜面的分力和摩擦力仍能抵消,不需要重新平衡摩擦力,D正確?？枷蚨?/p>

數(shù)據(jù)處理和誤差分析典題2(2023山東日照二模)探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系的實驗裝置如圖甲所示。甲(1)實驗時,某同學(xué)在一條點跡清晰的紙帶上每隔4個點取一個計數(shù)點,分別記為A、B、C、D、E、F、G,它們到O點的距離如圖乙所示。已知打點計時器所用交流電源的頻率是50Hz,可得小車的加速度大小是

m/s2。(計算結(jié)果保留兩位小數(shù))

乙0.99(2)如果實驗時所用交變電流的頻率是49Hz,而做實驗的同學(xué)并不知道,則加速度的測量值

(選填“大于”“小于”或“等于”)真實值。

丙(3)兩同學(xué)同時各取一套圖甲所示的裝置放在水平桌面上進行實驗,在沒有平衡摩擦力的情況下,研究加速度a與拉力F的關(guān)系,分別得到圖丙中的A、B兩條直線。若小車與軌道間的動摩擦因數(shù)分別為μA、μB,則μA

(選填“大于”“小于”或“等于”)μB。

大于大于解析

(1)根據(jù)題意可知,交流電源頻率為50

Hz,每隔4個點取一個計數(shù)點,則相鄰計數(shù)點間的時間間隔為T=0.1

s,由逐差法有xDG-xAD=,解得a=0.99

m/s2。(2)如果實驗時所用交變電流的頻率是49

Hz,則相鄰計數(shù)點間的實際時間間隔大于0.1

s,而做實驗的同學(xué)并不知道,計算所用T的值比實際值小,所以測量的加速度值大于真實的加速度值。(3)沒有平衡摩擦力時,對小車受力分析,根據(jù)牛頓第二定律有F-μmg=ma,整理得a=F-μg,可知圖像的縱截距為-μg,則有μA>μB?？键c二實驗的改進與創(chuàng)新考向一

實驗器材的創(chuàng)新典題3

某物理興趣小組利用如圖甲所示的裝置探究牛頓第二定律。氣墊導(dǎo)軌置于水平桌面上,G1和G2為兩個光電門,A為帶有遮光片的滑塊,其質(zhì)量為m0,B為重物,其質(zhì)量為m,重力加速度為g,實驗過程如下:(1)將細線取下,輕推滑塊A,測得遮光片通過光電門G1、G2的時間分別為Δt1、Δt2,若氣墊導(dǎo)軌水平,則有Δt1

(選填“>”“=”或“<”)Δt2。

(2)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)成水平狀態(tài)后,掛上細線和重物,用重物的重力mg作為系統(tǒng)受到的合外力。(3)用20分度的游標(biāo)卡尺測量遮光片的寬度如圖乙所示,讀數(shù)為

mm。為了測定系統(tǒng)的加速度,除了測定滑塊A經(jīng)過光電門G1和G2的時間和遮光片的寬度d外,還需要測量

。(4)多次改變重物B的質(zhì)量獲得對應(yīng)的加速度a。若牛頓第二定律成立,則滿足的關(guān)系式為

(用m、m0、g和a表示)。

=2.05光電門G1和G2之間的距離x(或滑塊由光電門G1滑到光電門G2的運動時間t)mg=(m0+m)a解析

(1)若氣墊導(dǎo)軌水平,輕推滑塊后滑塊獲得一定速度,在氣墊導(dǎo)軌上做勻速直線運動,通過兩個光電門的時間相等,即Δt1=Δt2。(3)20分度游標(biāo)卡尺的精確度為0.05

mm,由圖乙可知遮光片的寬度為d=2

mm+1×0.05

mm=2.05

mm。掛上細線和重物后,滑塊在細線拉力的測定滑塊A經(jīng)過光電門G1和G2的時間和遮光片的寬度d外,還需要測量光電門G1和G2之間的距離x或滑塊由光電門G1滑到光電門G2的運動時間t。(4)多次改變重物B的質(zhì)量獲得對應(yīng)的加速度a。若牛頓第二定律成立,以滑塊和重物為整體,則有mg=(m0+m)a?？枷蚨?/p>

實驗原理的創(chuàng)新典題4(2024陜西商洛聯(lián)考期中)某同學(xué)用如圖甲所示的實驗裝置探究一定質(zhì)量的小車的加速度與力的關(guān)系。一質(zhì)量為m0的光滑滑輪用一輕質(zhì)細桿固定在小車的前端,小車的質(zhì)量為m車,砂和砂桶的質(zhì)量為m,打點計時器接頻率為50Hz的交流電源。(1)此實驗正確的操作是

。

A.實驗前需要將帶滑輪的長木板右端墊高,以平衡摩擦力B.讓小車靠近打點計時器,先釋放小車,再接通電源C.為減小系統(tǒng)誤差,實驗中一定要保證砂和砂桶的質(zhì)量m遠小于小車的質(zhì)量m車(2)該同學(xué)以小車的加速度a為縱坐標(biāo)、力傳感器的示數(shù)F為橫坐標(biāo),畫出a-F的關(guān)系圖像如圖乙所示,圖線的斜率為k,則小車的質(zhì)量為

。

AB(3)某次實驗中,力傳感器的示數(shù)為4.575N,打出的部分計數(shù)點如圖丙所示,每相鄰兩個計數(shù)點間還有四個計時點未畫出,其中s1=4.78cm,s2=5.44cm,s3=6.08cm,s4=6.73cm,s5=7