高考物理一轮复习课件：第五讲 实验：探究加速度与物体受力、物体质量的关系

第五讲实验：探究加速度与物体受力、物体质量的关系一、基本原理与操作以小车为研究对象:

受力分析TfM车gNF合=T-ff怎么测？钩码：即m<<M车时mg≈TmgTfTM车gNөM车gsinө=f=μM车gcosөT≈mg1.平衡摩擦力第五讲实验：探究加速度与物体受力、物体质量的关系一、基本原理与操作2.F合=T=mg?mg-T=maa很小时结论:钩码质量远小于小车质量时F合≈mgmmgTfTM车gNөM车gsinө=f=μM车gcosө1.平衡摩擦力第五讲实验：探究加速度与物体受力、物体质量的关系一、基本原理与操作结论:钩码质量远小于小车质量时F合≈mg思考1:改变小车质量，需要重新平衡摩擦力吗？思考3:太麻烦，可以不平衡摩擦力吗？思考2:平衡摩擦力需要挂钩码吗？气垫导轨不需要不需要不需要1．用气垫导轨替代长木板做实验，不用再平衡滑块的摩擦力。2．利用光电门和数字计时器来计算滑块通过光电门的速度进而

求加速度。思考3:太麻烦，可以不平衡摩擦力吗？气垫导轨不需要思考4:必须满足m<<M车？①力传感器或弹簧秤直接测出拉力mgTfTM车gNөm力传感器思考4:必须满足m<<M车？①力传感器或弹簧秤直接测出拉力钩码：mg-T=ma车：T=M车amg=(m+M车)a整体：mgTfM车gNT②以车钩码整体验证牛二思考：如何做到整体质量不变，探究整体合力与加速度的关系？a∝F合aF合第五讲实验：探究加速度与物体受力、物体质量的关系一、基本原理与操作二、数据处理1.保持小车M车不变，改变钩码质量m，探究a与F合的关系2.保持钩码质量m不变，改变小车M车，探究a与M车的关系aM车1a∝M车1aF合a

M车1思考:若平衡摩擦力时平衡过度或平衡不够，会有什么现象?平衡过度平衡不够平衡过度平衡不够若钩码质量持续增加不满足m<<M时aF合a

M车1若小车质量持续减小不满足m<<M时操作要领(1)平衡：必须平衡摩擦力(改变小车或重物质量，无需重新平衡摩擦力)(2)质量：重物的总质量远小于小车质量(若使用力传感器，或以小车与重物的系统为研究对象无需满足此要求)(3)要测量的物理量：①小车与其上砝码的总质量(天平)；②小车受到的拉力(约等于重物的重力)；③小车的加速度(根据纸带用逐差法或根据光电门数据计算加速度)(4)其他：细绳与长木板平行；小车从靠近打点计时器的位置释放，在到达定滑轮前按住小车，实验时先接通电源，后释放小车(1)下列做法正确的是________(填字母代号)。A．调节滑轮的高度，使牵引木块的

细绳与长木板保持平行B．在调节木板倾斜度平衡木块受到

的滑动摩擦力时，将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上C．实验时，先放开木块再接通打点计时器的电源D．通过增减木块上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度(2)为使砝码桶及桶内砝码的总重力在数值上近似等于木块运动时受到的拉力，应满足的条件是砝码桶及桶内砝码的总质量________(选填“远大于”“远小于”或“近似等于”)木块和木块上砝码的总质量。

考法一实验原理与操作1．某实验小组利用图1所示的装置探究加速度与物体受力、物体质量的关系。AD远小于(3)甲、乙两同学在同一实验室，各取一套图1的装置放在水平桌面上，木块上均不放砝码，在没有平衡摩擦力的情况下，研究加速度a与拉力F的关系，分别得到图2中甲、乙两条直线。设甲、乙用的木块质量分别为m甲、m乙，甲、乙用的木块与木板间的动摩擦因数分别为μ甲、μ乙，由图2可知，m甲______m乙，μ甲______μ乙(均选填“>”“＝”或“<”)。F－μmg＝ma<>[关键点拨](1)长木板上滑轮的高度可以调节，以使牵引小车(木块)的细绳与长木板保持平行。(2)平衡摩擦力：平衡摩擦力时，要调出一个合适的斜面，使小车(木块)的重力沿着斜面方向的分力正好平衡小车(木块)受到的摩擦阻力。此时，不要把悬挂砝码桶的细绳系在小车(木块)上，即不要给小车(木块)加任何牵引力，要让小车(木块)拖着纸带运动。(3)实验条件：M≫m。只有如此，砝码桶和砝码的总重力mg才可视为小车(木块)受到的拉力。(4)一先一后：改变拉力和小车(木块)质量后，每次开始时小车(木块)应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，后放开小车(木块)，且应在小车(木块)到达滑轮前按住小车(木块)。(5)如果没有平衡摩擦力，则其a-F图线将不是一条过原点的直线，而是一条与F轴有交点的倾斜直线。考法二数据处理和误差分析2．利用力传感器研究“加速度与物体受力、物体质量的关系”的实验装置如图甲所示。(1)下列关于该实验的说法，错误的是________。A．做实验之前必须平衡摩擦力B．小车的质量必须比所挂钩码的质量大得多C．应调节定滑轮的高度使细线与木板平行D．为了实验安全，打点计时器接直流电源BD(2)从实验中挑选一条点迹清晰的纸带，每5个点取一个计数点，用刻度尺测量计数点间的距离如图乙所示。已知打点计时器每间隔0.02s打一个点。从图可知A、B两点间的距离s1＝________cm，该小车的加速度a＝________m/s2(计算结果保留2位有效数字)，实验中纸带的________(选填“左”或“右”)端与小车相连接。(3)数据在坐标系中作出了图丙所示的a-F图像。①图线不过坐标原点的原因是_______________________________________。②小车和传感器的总质量为_______kg。0.700.20左未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足0.5

3．(2022·广东实验中学模拟)某实验小组利用如图1所示的装置“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”。(1)实验中除了需要小车、砝码、托盘、细绳、附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、低压交流电源、两根导线、复写纸、纸带之外，还需要________、________。天平刻度尺反比过大(3)有一组同学保持小车及车中的砝码质量一定，探究加速度a与所受外力F的关系，他们在轨道水平及倾斜两种情况下分别做了实验，得到了两条a-F图线，如图3所示。图线________(填“①”或“②”)是在轨道倾斜情况下得到的；小车及车中砝码的总质量m＝________kg。①

0.5

(1)用游标卡尺测量垫块厚度h，示数如图(b)所示，h＝________cm；(2)接通气泵，将滑块轻放在气垫导轨上，调节导轨至水平；(3)在右支点下放一垫块，改变气垫导轨的倾斜角度；(4)在气垫导轨合适位置释放滑块，记录垫块个数n和滑块对应的加速度a；(5)在右支点下增加垫块个数(垫块完全相同)，重复步骤(4)，记录数据如下表：

[例1]

(2021·湖南高考)某实验小组利用图(a)所示装置探究加速度与物体所受合外力的关系。主要实验步骤如下：1.02根据表中数据在图(c)上描点，绘制图线。如果表中缺少的第4组数据是正确的，其应该是_________m/s2(保留三位有效数字)。n123456a/(m·s－2)0.0870.1800.260

0.4250.5190.343mgsinɵ=ma

[例2]

(2020·山东等级考)2020年5月，我国进行了珠穆朗玛峰的高度测量，其中一种方法是通过使用重力仪测量重力加速度，进而间接测量海拔高度。某同学受此启发就地取材设计了如下实验，测量当地重力加速度的大小。实验步骤如下：(ⅰ)如图甲所示，选择合适高度的垫块，使木板的倾角为53°，在其上表面固定一与小物块下滑路径平行的刻度尺(图中未画出)。(ⅱ)调整手机使其摄像头正对木板表面，开启视频录像功能。将小物块从木板顶端释放，用手机记录下小物块沿木板向下做加速直线运动的情况。然后通过录像的回放，选择小物块运动路径上合适的一点作为测量参考点，得到小物块相对于该点的运动距离L与运动时间t的数据。

回答以下问题：(1)当木板的倾角为37°时，所绘图像如图乙所示。由图像可得，物块过测量参考点时速度的大小为______m/s；选取图线上位于坐标纸网格交叉点上的A、B两点，利用A、B两点数据得到小物块下滑加速度的大小为________m/s2。(结果均保留2位有效数字)(2)根据上述数据，进一步分析得到当地的重力加速度大小为________m/s2。(结果保留2位有效数字，sin37°＝0.60，cos37°＝0.80)

0.32

9.43.1

[例3]

如图(a)，某同学设计了测量铁块与木板间动摩擦因数的实验。所用器材有：铁架台、长木板、铁块、米尺、电磁打点计时器、频率50Hz的交流电源、纸带等。回答下列问题：(1)铁块与木板间动摩擦因数μ＝________(用木板与水平面的夹角θ、重力加速度g和铁块下滑的加速度a表示)。(2)某次实验时，调整木板与水平面的夹角使θ＝30°。接通电源，开启打点计时器，释放铁块，铁块从静止开始沿木板滑下。多次重复后选择点迹清晰的一条纸带，如图(b)所示。图中的点为计数点(每两个相邻的计数点间还有4个点未画出)。重力加速度为9.80m/s2。可以计算出铁块与木板间的动摩擦因数为___________(结果保留2位小数)。

=1.97m/s20.35[创新演练]1．(2020·全国卷Ⅱ)一细绳跨过悬挂的定滑轮，两端分别系有小球A和B，如图所示。一实验小组用此装置测量小球B运动的加速度。令两小球静止，细绳拉紧，然后释放小球，测得小球B释放时的高度h0＝0.590m，下降一段距离后的高度h＝0.100m；由h0下降至h所用的时间T＝0.730s。由此求得小球B加速度的大小为a＝_________m/s2(保留3位有效数字)。从实验室提供的数据得知，小球A、B的质量分别为100.0g和150.0g，当地重力加速度大小为g＝9.80m/s2。根据牛顿第二定律计算可得小球B加速度的大小为a′＝________m/s2(保留3位有效数字)。可以看出，a′与a有明显差异，除实验中的偶然误差外，写出一条可能产生这一结果的原因：__________________________________________________。

a=1.84m/s21.84mBg-T=mBa/T-mAg-T=mAa/a/=1.96m/s21.96滑轮不光滑2．(2020·北京等级考)在“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”实验中，做如下探究：(1)为猜想加速度与质量的关系，可利用图1所示装置进行对比实验。两小车放在水平板上，前端通过钩码牵引，后端各系一条细线，用板擦把两条细线按在桌上，使小车静止。抬起板擦，小车同时运动，一段时间后按下板擦，小车同时停下。对比两小车的位移，可知加速度与质量大致成反比。关于实验条件，下列正确的是________(填选项前的字母)。A．小车质量相同，钩码质量不同B．小车质量不同，钩码质量相同C．小车质量不同，钩码质量不同B次数1234567a/(m·s－2)0.620.560.480.400.320.240.15M/kg0.250.290.330.400.500.711.00(3)在探究加速度与力的关系实验之前，需要思考如何测“力”。请在图3中画出小车受力的示意图。为了简化“力”的测量，下列说法正确的是________(填选项前的字母)。A．使小车沿倾角合适的斜面运动，小车受力可等效为只受绳的拉力B．若斜面倾角过大，小车所受合力将小于绳的拉力C．无论小车运动的加速度多大，砂和桶的重力都等于绳的拉力D．让小车的运动趋近于匀速运动，砂和桶的重力才近似等于绳的拉力。AD3．(2021·辽宁高考)某同学阅读教材中的“科学漫步”栏目，对“流体的阻力(f)跟物体相对于流体的速度(v)有关”这一说法产生了兴趣，通过查阅资料得知：对于球形物体，二者间存在定量关系f＝kv，k为比例系数。该同学为探究这一关系利用如图(a)所示装置测量k。具体操作如下：在柱状玻璃容器中注入某透明液体，将小球在液面处由静止释放，当小球运动到0刻度