2025高考物理总复习探究加速度与物体受力物体质量的关系

第6讲实验探究加速度与物体受力、物体质量的关系高考总复习2025强基础固本增分研考点精准突破目录索引强基础固本增分一、实验目的1.学会用控制变量法研究物理量的关系。2.探究加速度与力、质量的关系。3.掌握利用图像处理数据的方法。二、实验器材打点计时器、纸带、小车、一端附有定滑轮的长木板、槽码、夹子、细绳、交变电源、导线、天平、刻度尺、砝码。三、实验思路(一)控制变量法的应用将小车置于水平木板上,用细绳通过滑轮与槽码相连,小车可以在槽码的牵引下运动。1.保持小车质量不变,研究加速度与力的关系。2.保持小车所受的拉力不变,研究加速度与质量的关系。(二)物理量的测量1.用天平测量质量:为了改变小车的质量,可以在小车中增减砝码的数量。2.将打点计时器的纸带连在小车上,根据纸带上打出的点来测量加速度。3.现实中,仅受一个力作用的物体几乎不存在。然而,一个单独的力的作用效果与跟它大小、方向都相同的合力的作用效果是相同的。因此,实验中作用力F的含义可以是物体所受的合力。用阻力补偿法确定小车受到的合力——槽码的牵引力。四、进行实验1.称量质量——用天平测量槽码和小车的质量。2.安装器材——按如图所示装置安装器材(暂时不把悬挂槽码的细绳系在小车上)。

使细绳的拉力等于小车所受合力3.平衡摩擦及其他阻力——在长木板不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块,反复移动薄木块的位置,直至小车能拉着纸带匀速下滑。

纸带上所打点均匀为标志4.测量加速度(1)保持小车的质量不变,打出一条纸带。计算槽码的重力,由纸带计算出小车的加速度,填入表中。改变槽码的个数,多做几次实验。(2)保持槽码个数不变,在小车上放上砝码改变小车的质量,让小车在木板上滑动打出纸带。计算砝码和小车的总质量,并由纸带计算出小车对应的加速度,填入表中。改变小车上砝码的个数,多做几次实验。五、数据分析1.利用Δx=aT2及逐差法求a。2.以a为纵坐标,F为横坐标,根据各组数据描点,如果这些点在一条过原点的直线上,说明a与F成正比。3.以a为纵坐标,为横坐标,描点、连线,如果该线为过原点的直线,就能判定a与m成反比。六、误差分析1.实验原理不完善:本实验用槽码所受的重力代替小车所受的拉力,而实际上小车所受的拉力要小于槽码所受的重力。2.摩擦力平衡不准确、质量测量不准确、计数点间距测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差。七、其他方案概述方案:通过位移之比测量加速度之比如图所示,将两辆相同的小车放在水平木板上,前端各系一条细线,线的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘,盘中可以放不同的重物。把木板一端垫高,参考前面的阻力补偿法补偿阻力的影响,两小车后端各系一条细线,用一个物体,例如黑板擦,把两条细线同时按压在木板上。抬起黑板擦,两小车同时开始运动,按下黑板擦,两小车同时停下来。用刻度尺测出两小车移动的位移x1、x2。由于两小车运动时间t相同,从它们的位移之比就可以得出加速度之比。完成上述实验后,在盘中重物相同的情况下,通过增减小车中的重物改变小车的质量,再进行实验。√√√×√×研考点精准突破考点一教材原型实验考向一

实验原理和实验操作典题1(2023天津宁河二模)探究加速度与力、质量的关系的实验装置如图所示,小车装有砝码,现做如下探究:(1)下列对实验操作的判断正确的是

(填字母代号)。

A.调节定滑轮的高度,使牵引小车的细绳与长木板保持平行B.在调节长木板倾斜度平衡小车受到的滑动摩擦力时,将装有砝码的小盘通过定滑轮系在小车上C.实验时,先放开小车再接通打点计时器的电源D.每次改变小车质量时,不需要重新调节长木板倾斜度(2)为使砝码及小盘的总重力在数值上近似等于小车运动时受到的拉力,应满足的条件是砝码及小盘的总质量

(选填“近似等于”“远大于”或“远小于”)小车和小车上砝码的总质量。

AD远小于解析

(1)实验中细绳要保持与长木板平行,A正确;平衡摩擦力时不能将小盘和砝码通过定滑轮系在小车上,B错误;实验时应先接通电源再放开小车,C错误;平衡摩擦力后,每次改变小车的质量时,小车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正确。考向二

数据处理和误差分析典题2(2023山东日照二模)探究加速度与力、质量的关系的实验装置如图甲所示。甲(1)实验时,某同学在一条点迹清晰的纸带上每隔4个点取一个计数点,分别记为A、B、C、D、E、F、G,它们到O点的距离如图乙所示。已知打点计时器所用交流电源的频率是50Hz,可得小车的加速度大小是

m/s2。(计算结果保留两位小数)

乙0.99(2)如果实验时所用交变电流的频率是49Hz,而做实验的同学并不知道,则加速度的测量值

(选填“大于”“小于”或“等于”)真实值。

丙(3)两同学同时各取一套图甲所示的装置放在水平桌面上进行实验,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,分别得到图丙中的A、B两条直线。若小车与轨道间的动摩擦因数分别为μA、μB,则μA

(选填“大于”“小于”或“等于”)μB。

大于大于解析

(1)根据题意可知,交流电源频率为50

Hz,每隔4个点取一个计数点,则相邻计数点间的时间间隔为T=0.1

s,由逐差法有xDG-xAD=,解得a=0.99

m/s2。(2)如果实验时所用交变电流的频率是49

Hz,则相邻计数点间的实际时间间隔大于0.1

s,而做实验的同学并不知道,计算所用T的值比实际值小,所以测量的加速度值大于真实的加速度值。(3)没有平衡摩擦力时,对小车受力分析,根据牛顿第二定律有F-μmg=ma,整理得a=F-μg,可知图像的纵截距为-μg,则有μA>μB。考点二实验的改进与创新考向一

实验器材的创新典题3

某物理兴趣小组利用如图甲所示的装置探究牛顿第二定律。气垫导轨置于水平桌面上,G1和G2为两个光电门,A为带有遮光片的滑块,其质量为m0,B为重物,其质量为m,重力加速度为g,实验过程如下:(1)将细线取下,轻推滑块A,测得遮光片通过光电门G1、G2的时间分别为Δt1、Δt2,若气垫导轨水平,则有Δt1

(选填“>”“=”或“<”)Δt2。

(2)将气垫导轨调成水平状态后,挂上细线和重物,用重物的重力mg作为系统受到的合外力。(3)用20分度的游标卡尺测量遮光片的宽度如图乙所示,读数为

mm。为了测定系统的加速度,除了测定滑块A经过光电门G1和G2的时间和遮光片的宽度d外,还需要测量

。(4)多次改变重物B的质量获得对应的加速度a。若牛顿第二定律成立,则满足的关系式为

(用m、m0、g和a表示)。

=2.05光电门G1和G2之间的距离x(或滑块由光电门G1滑到光电门G2的运动时间t)mg=(m0+m)a解析

(1)若气垫导轨水平,轻推滑块后滑块获得一定速度,在气垫导轨上做匀速直线运动,通过两个光电门的时间相等,即Δt1=Δt2。(3)20分度游标卡尺的精确度为0.05

mm,由图乙可知遮光片的宽度为d=2

mm+1×0.05

mm=2.05

mm。挂上细线和重物后,滑块在细线拉力的测定滑块A经过光电门G1和G2的时间和遮光片的宽度d外,还需要测量光电门G1和G2之间的距离x或滑块由光电门G1滑到光电门G2的运动时间t。(4)多次改变重物B的质量获得对应的加速度a。若牛顿第二定律成立,以滑块和重物为整体,则有mg=(m0+m)a。考向二

实验原理的创新典题4(2024陕西商洛联考期中)某同学用如图甲所示的实验装置探究一定质量的小车的加速度与力的关系。一质量为m0的光滑滑轮用一轻质细杆固定在小车的前端,小车的质量为m车,砂和砂桶的质量为m,打点计时器接频率为50Hz的交流电源。(1)此实验正确的操作是

。

A.实验前需要将带滑轮的长木板右端垫高,以平衡摩擦力B.让小车靠近打点计时器,先释放小车,再接通电源C.为减小系统误差,实验中一定要保证砂和砂桶的质量m远小于小车的质量m车(2)该同学以小车的加速度a为纵坐标、力传感器的示数F为横坐标,画出a-F的关系图像如图乙所示,图线的斜率为k,则小车的质量为

。

AB(3)某次实验中,力传感器的示数为4.575N,打出的部分计数点如图丙所示,每相邻两个计数点间还有四个计时点未画出,其中s1=4.78cm,s2=5.44cm,s3=6.08cm,s4=6.73cm,s5=7