2025年高考物理一轮总复习课件 第3章 实验4 探究加速度与物体受力、物体质量的关系

第三章运动和力的关系实验四探究加速度与物体受力、物体质量的关系实验知识·自主回顾核心考点·重点突破提能训练练案[18]实验知识·自主回顾实验方案1用控制变量法探究加速度与力、质量的关系1．实验目的(1)学会用控制变量法研究物理规律。(2)学会灵活运用图像法处理物理问题。(3)探究加速度与力、质量的关系，并验证牛顿第二定律。2．实验原理(1)保持小车质量不变，探究小车加速度跟__________的关系。(2)保持合外力不变，探究小车加速度与________的关系。3．实验器材小车、砝码、小盘、细绳、一端附有定滑轮的长木板、薄木块、__________________、低压交流电源、导线、纸带、复写纸、托盘天平、米尺。合外力质量电磁打点计时器4．实验步骤(1)称量质量用____________测小盘的质量m0和小车的质量M。(2)安装器材按照实验原理图把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细绳系在小车上(即小车无牵引力)。(3)平衡摩擦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，直至小车在不挂小盘和砝码的情况下能沿木板做____________为止。托盘天平匀速直线运动(4)测量加速度①保持小车的质量不变，让小车靠近打点计时器，挂上小盘和砝码，先接通电源，再让小车拖着纸带在木板上匀加速下滑，打出一条纸带。计算小盘和砝码的重力，由纸带计算出小车的加速度，并记录数据。改变小盘内砝码的个数，并多做几次。②保持____________________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M，并由纸带计算出小车对应的加速度，记录数据。改变小车上砝码的个数，多做几次。小盘内的砝码个数5．数据处理(1)利用Δx＝aT2即逐差法求加速度。(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。6．注意事项(1)补偿阻力：在补偿阻力时，不要把悬挂槽码的细绳系在小车上，即不要给小车加任何牵引力，且要让小车拖着纸带匀速运动。(2)不重复补偿阻力：补偿了阻力后，不管以后是改变槽码的质量还是改变小车和小车上砝码的总质量，都不需要重新补偿阻力。(3)实验条件：每条纸带都必须在满足小车和小车上砝码的总质量远大于小盘和砝码总质量的条件下打出。只有如此，小盘和砝码总重力才可视为小车受到的拉力。(4)一先一后一按住：改变拉力或小车质量后，每次实验开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，后放开小车，且应在小车到达定滑轮前按住小车。(5)作图：作图时，两坐标轴单位长度的比例要适当，要使尽可能多的点落在所作直线上，不在直线上的点应尽可能均匀地分布在所作直线两侧。7．误差分析(1)系统误差：用小盘和砝码的总重力代替小车受到的拉力，实际上小车受到的拉力小于小盘和砝码的总重力。(2)偶然误差：摩擦力平衡不准确，质量测量不准确，细绳不严格与木板平行等都会引起误差。实验方案2通过位移之比测量加速度之比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，参考方案1的方法补偿阻力的影响。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(如图所示)。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。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。核心考点·重点突破1教材原型实验【跟踪训练】

(用阻力补偿法探究加速度与力、质量的关系)某物理兴趣小组用如图甲所示的装置探究加速度与力、质量的关系。(1)下面是实验操作步骤，请你整理出正确的操作顺序，从先到后依次是______________。A．抬高长木板一端平衡摩擦力，让小车做匀速直线运动；B．接通电源后释放小车，使小车在细线的拉动下运动，测出槽码的重力mg作为细线对小车的拉力F，利用纸带测量出小车的加速度a；C．将纸带穿过打点计时器并将一端固定在小车上；D．把细线的一端固定在小车上，另一端通过定滑轮与槽码相连；E．更换纸带，通过改变槽码的个数改变小车所受的拉力，重复步骤B的操作。CADBE(2)实验中打出的纸带如图乙所示，相邻计数点间的时间间隔为0.1s，纸带上只测出了两组数据，图中长度单位为cm，由此可以算出小车运动的加速度大小a＝______m/s2。(3)实验得到的理想a－F图像应是一条过原点的直线，但由于实验误差影响，常出现如图丙所示的三种情况，图线①产生的原因是不满足槽码的总质量远________(填“小于”或“大于”)小车的质量的条件；图线②产生的原因是平衡摩擦力时长木板的倾角过______(填“小”或“大”)；图线③产生的原因是平衡摩擦力时长木板的倾角过______(填“小”或“大”)。2小于大小[解析]

(1)按照实验原理，题中五个步骤的先后顺序应该为CADBE。(2)由Δx＝aT2得(7.1－1.1)×10－2m＝3aT2解得a＝2m/s2。(3)实验中认为槽码的总重力等于绳的拉力F，图线②在a轴的截距大于0，产生原因是平衡摩擦力时长木板的倾角过大，拉力F＝0(即不挂槽码)时小车就具有了加速度；图线③在F轴的截距大于0，产生原因是平衡摩擦力时长木板的倾角过小，只有当拉力F增加到一定值时，小车才获得加速度。(通过位移之比测量加速度之比)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：______(选填选项前的字母)。BA．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，钩码质量不同次数1234567a/(m·s－2)0.620.560.480.400.320.240.15M/kg0.250.290.330.400.500.711.00图见解析图甲(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。__________________图见解析图乙为了简化“力”的测量，下列说法正确的是：______(选填选项前的字母)。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A[解析]

(1)为猜想加速度与质量的关系，必须控制小车所受拉力相同，而让小车的质量不同，所以钩码质量相同，故B正确。(3)小车受力示意图如图乙所示。使小车沿倾角合适的斜面运动，此时小车所受重力沿斜面的分力大小刚好等于小车所受的摩擦力大小，则小车所受的合力可等效为只受绳的拉力，故A正确；若斜面倾角过大，则小车的重力沿斜面的分力大于摩擦力，小车所受合力将大于绳的拉力，故B错误；由牛顿第二定律可知，只要小车加速运动，砂和桶的重力就大于绳的拉力，故C错误；除让小车的运动趋近于匀速运动外，当小车的质量远大于砂和桶的质量时，砂和桶的重力也近似等于绳的拉力，故D错误。2创新实验提升

(能力考点·深度研析)1．实验器材的改进(1)气垫导轨：不用补偿阻力。(2)力传感器或弹簧测力计：可直接测绳的拉力，不必保证小车质量远大于钩码的总质量。(3)速度传感器、位移传感器、光电门：可以更加精确测出小车的位移和瞬时速度。2．实验方法的迁移应用以牛顿第二定律为实验原理，测量动摩擦因数、重力加速度、质量等。►考向1实验器材的改进

在探究物体质量一定时加速度与力的关系实验中，小明同学做了如图甲所示的实验改进，在调节桌面水平后，添加了力传感器来测细线中的拉力。(g＝10m/s2)(1)关于该实验的操作，下列说法正确的是______。A．必须用天平测出沙和沙桶的质量B．一定要保证沙和沙桶的总质量远小于小车的质量C．应当先释放小车，再接通电源D．需要改变沙和沙桶的总质量，打出多条纸带(2)本实验用的方法是______________。(3)由实验得到小车的加速度a与力传感器示数F的关系如图乙所示。则小车与轨道的滑动摩擦力Ff＝__________N。(4)小明同学不断增加沙子质量重复实验，发现小车的加速度最后会趋近于某一数值，从理论上分析可知，该数值应为______m/s2。D控制变量法1.05[解析]

(1)拉力可以由力传感器来测出，不需要用天平测出沙和沙桶的质量，也就不需要使沙和沙桶的总质量远小于小车的质量，故A、B错误；打点计时器运用时，都是先接通电源，待打点稳定后再释放纸带，故C错误；该实验探究物体质量一定时加速度与力的关系，需要改变沙和沙桶的总质量，打出多条纸带，故D正确。(2)控制变量法。(3)根据牛顿第二定律得2F－Ff＝Ma，当a＝0时，Ff＝2F＝1.0N。►考向2实验方案的改进

做“探究加速度与力、质量的关系”实验时，图甲是教材中的实验方案；图乙是拓展方案，其实验操作步骤如下：(1)实验获得如图所示的纸带，计数点a、b、c、d、e、f间均有四个点未画出，则在打d点时小车的速度大小vd＝______________________m/s(保留两位有效数字)；(2)需要满足条件M≫m的方案是______(选填“甲”“乙”或“甲和乙”)；在作a－F图像时，把mg作为F值的是__________(选填“甲”“乙”或“甲和乙”)。0.19(0.18～0.19均可)甲甲和乙►考向3实验方法的迁移应用

(2023·贵州毕节统考三模)某同学受“探究加速度与力、质量的关系”的启示，设计了如图甲的实验装置，利用动力学方法测量砂桶中砂的质量。主要实验步骤如下：(1)平衡好摩擦力后，在砂桶中加入质量为m0的砂；(