【高考物理】2026高考導與練總復習物理一輪（基礎版）第三章第6講實驗探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關系含答案第6講實驗:探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關系一、裝置與器材小車、槽碼、細繩、一端帶有定滑輪的長木板、墊木、打點計時器、學生電源、導線、紙帶、天平、刻度尺、坐標紙。二、實驗步驟1.測質(zhì)量:用天平測出小車的質(zhì)量M和槽碼的質(zhì)量m。2.安裝:按裝置圖把實驗器材安裝好,先不要把懸掛槽碼的細繩系在小車上。3.平衡摩擦力:在長木板沒有滑輪的一端下面墊一木塊,移動木塊的位置,直至小車在不受牽引時能拖動紙帶沿木板做勻速直線運動。4.操作(1)槽碼通過細繩繞過定滑輪系在小車上,先接通電源后放開小車,取下紙帶并編號。(2)保持小車的質(zhì)量M不變,改變槽碼的質(zhì)量m。(3)保持槽碼的質(zhì)量m不變,改變小車的質(zhì)量M。(4)重復進行多次實驗。5.求加速度a:在每條紙帶上選取一段比較理想的部分,求加速度a。三、數(shù)據(jù)處理1.利用逐差法求加速度a。2.以a為縱坐標,F(或m、1m)為橫坐標,根據(jù)各組數(shù)據(jù)描點,(1)如果a-F圖像中所作圖線為一條過原點的直線,說明a與F成正比。(2)如果a-1m圖像中所作圖線為一條過原點的直線,說明a與m四、注意事項1.安裝器材時,要調(diào)整滑輪的高度,使拴小車的細繩與木板平行。2.平衡摩擦力時,小車連著穿過打點計時器的紙帶,但不要把懸掛槽碼的細繩系在小車上。改變槽碼的質(zhì)量后,不需要重新平衡摩擦力。3.只有小車的質(zhì)量遠大于槽碼的質(zhì)量時,槽碼受到的重力才可視為小車受到的拉力。4.開始時小車應盡量靠近打點計時器,并應先接通電源,再放開小車,在小車到達滑輪前按住小車。五、誤差分析1.實驗原理不完善:本實驗用槽碼的總重力代替小車的拉力,而實際上小車所受的拉力要小于槽碼的總重力。2.平衡阻力不準確、質(zhì)量測量不準確、計數(shù)點間距離測量不準確、紙帶和細繩不嚴格與木板平行都會引起誤差。六、兩小車運動比較實驗如圖所示,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,平衡阻力的影響。兩輛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,兩輛小車同時開始運動,按下黑板擦,兩輛小車同時停下來。用刻度尺測出兩輛小車移動的位移x1、x2。由于兩輛小車運動時間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?？键c一基礎性實驗[例1]【實驗原理與實驗操作】(2025·云南昆明開學考試)某實驗小組利用如圖甲所示的實驗裝置“探究加速度與力、質(zhì)量的關系”。(1)關于該實驗的操作,正確的是。

A.實驗時先將小車從圖示位置釋放,再接通電源B.實驗時定滑輪的高度沒有要求C.阻力平衡時需要掛槽碼D.阻力平衡后,每次在小車上增添砝碼時不需要再次平衡阻力(2)如圖乙所示為某同學在實驗中打出的部分紙帶,紙帶上已標出3個計數(shù)點A、B、C,相鄰計數(shù)點間還有4個點未畫出,電源頻率為50Hz,則B點讀數(shù)為cm,小車在B點的速度vB=m/s。

(3)在該實驗中,某同學已正確平衡阻力,且保證槽碼的質(zhì)量m不變,改變小車上砝碼的質(zhì)量,由實驗數(shù)據(jù)作出a-1M+m的圖線,則下列圖線正確的是A BC D(4)另一個實驗小組用圖丙裝置探究在合力相同的情況下,加速度與質(zhì)量的關系,圖丁是其俯視圖。兩個相同的小車,放在帶有定滑輪的木板上,前端各系一條細繩,繩的另一端跨過定滑輪各掛一個小盤,盤里放有砝碼。兩個小車后端各系一條細線,細線后端用夾子固定,打開夾子,小盤和砝碼牽引小車運動,合上夾子,兩小車立即停止運動。①在小盤中放入相同質(zhì)量的砝碼,使小車受到的合力相同,在小車中增減重物可改變小車的質(zhì)量。為了減小誤差,使實驗結果盡可能準確,(選填“需要”或“不需要”)使小盤和砝碼的總質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量,(選填“需要”或“不需要”)平衡摩擦力。

②若小車1的總質(zhì)量為M1、加速度為a1,小車2的總質(zhì)量為M2,加速度為a2,以a2a1為縱軸,以

(選填“M2M1”或“M1M2”)為橫軸,選取相同的橫、縱坐標標度,若圖像是一條過原點且與【答案】(1)D(2)8.500.440(3)B(4)①需要需要②M1M【解析】(1)實驗時應先接通電源再釋放小車,故A錯誤;定滑輪的高度應保證細線繞過定滑輪后與木板保持平行,故B錯誤;平衡阻力時不掛槽碼,讓小車在木板上能勻速滑動即可,故C錯誤;阻力平衡后,改變小車的質(zhì)量不需要重新平衡阻力,故D正確。(2)由于刻度尺讀數(shù)要讀到最小刻度的下一位,所以B點讀數(shù)為8.50cm。由于相鄰計數(shù)點間還有4個點未畫出,所以相鄰計數(shù)點間的時間間隔為T=0.1s,小車在B點的速度為vB=xAC2T=(13.30(3)平衡阻力后,根據(jù)牛頓第二定律,對小車有FT=Ma,對槽碼有mg-FT=ma,可得a=1M+mmg,由于槽碼的質(zhì)量m不變,所以a-1M+(4)①實驗中需要在兩小盤放入不同質(zhì)量的砝碼,使兩小車具有不同的加速度。對小盤和砝碼整體,根據(jù)牛頓第二定律有mg-F=ma,對小車有F=Ma,可得F=MmgM+m=mg1+mM,可知為了讓細繩上的拉力近似等于小盤和砝碼的總重力②由于兩小車所受拉力相等,則有a1=FM1,a2=FM2,可得a2a1=M1M2,則以a2a1為縱軸,以M[例2]【實驗數(shù)據(jù)的處理】(2024·甘肅卷,11)用圖1所示實驗裝置探究外力一定時加速度與質(zhì)量的關系。(1)以下操作正確的是。

A.使小車質(zhì)量遠小于槽碼質(zhì)量B.調(diào)整墊塊位置以補償阻力C.補償阻力時移去打點計時器和紙帶D.釋放小車后立即打開打點計時器(2)保持槽碼質(zhì)量不變,改變小車上砝碼的質(zhì)量,得到一系列打點紙帶。其中一條紙帶的計數(shù)點如圖2所示,相鄰兩點之間的距離分別為s1、s2、…、s8,時間間隔均為T。下列加速度算式中,最優(yōu)的是。

A.a=17(s8-s7T2+s7-s6B.a=16(s8-s62T2+s7C.a=15(s8-s53T2+D.a=14(s8-s44T(3)以小車和砝碼的總質(zhì)量M為橫坐標,加速度的倒數(shù)1a為縱坐標,甲、乙兩組同學分別得到的1a-M圖像如圖由圖3可知,在所受外力一定的條件下,a與M成(選填“正比”或“反比”);甲組所用的(選填“小車”“砝碼”或“槽碼”)質(zhì)量比乙組的更大。

【答案】(1)B(2)D(3)反比槽碼【解析】(1)為了使小車所受的合外力大小近似等于槽碼的總重力,故應使小車質(zhì)量遠大于槽碼質(zhì)量,故A錯誤;為了保證小車所受細繩拉力等于小車所受合外力,則需要調(diào)整墊塊位置以補償阻力,也要保證細繩和長木板平行,故B正確;因為紙帶運動時打點計時器對其也有阻力,所以補償阻力時不能移去打點計時器和紙帶,故C錯誤;根據(jù)操作要求,應先打開打點計時器再釋放小車,故D錯誤。(2)利用逐差法計算加速度時,為減小誤差應盡可能使用更多的數(shù)據(jù),故可知s5-s1=4a1T2,s6-s2=4a2T2,s7-s3=4a3T2,s8-s4=4a4T2,聯(lián)立可得小車加速度表達式為a=14(s8-s44T2+s(3)根據(jù)題圖3可知1a與M成正比,故在所受外力一定的條件下,a與M成反比;設槽碼的質(zhì)量為m,則由牛頓第二定律得mg=(m+M)a,整理可得1a=1mg·M+1g,故斜率越小,槽碼的質(zhì)量m越大[例3]【傾斜軌道型實驗】(2025·云南昆明階段練習)課外活動小組利用下列器材測量小車的質(zhì)量M,小車、一端帶有定滑輪的平直木板、墊塊、細線、打點計時器、紙帶、頻率為50Hz的交流電源、直尺、質(zhì)量均為m=10g的槽碼7個。當?shù)氐闹亓铀俣萭取9.8m/s2。Ⅰ.按圖甲安裝好實驗器材,跨過定滑輪的細線一端連接在小車上,另一端懸掛著7個槽碼。改變木板的傾角,用手輕撥小車,直到打點計時器在紙帶上打出一系列等間距的點,表明小車沿傾斜軌道勻速下滑;Ⅱ.保持軌道傾角不變,取下1個槽碼(即細線下端懸掛6個槽碼),讓小車拖著紙帶沿軌道下滑,根據(jù)紙帶上打的點跡測出加速度a;Ⅲ.依次減少細線下端懸掛的槽碼數(shù)量,重復步驟Ⅱ;Ⅳ.以取下槽碼的總個數(shù)n(1≤n≤7)的倒數(shù)1n為縱坐標,1a為橫坐標,作出1n(1)1n-1a圖像的縱截距為(用M、m表示(2)若某次實驗獲得如圖乙所示的紙帶,已知相鄰計數(shù)點間均有4個點未畫出,則加速度大小a=m/s2;在打“7”點時小車的速度大小v7=m/s。(結果均保留3位有效數(shù)字)

(3)測得1n-1a關系圖線的斜率為0.20m/s2,則小車的質(zhì)量M=(4)若細線下端懸掛著2個槽碼,則小車在下滑過程中受到的合力大小(選填“大于”“小于”或“等于”)5mg。

【答案】(1)mM+7m(2)1.121.02(3)0.42【解析】(1)調(diào)節(jié)木板傾角,當小車勻速運動時有Mgsinθ-7mg-F阻=0,減少n個槽碼后,對小車和槽碼根據(jù)牛頓第二定律分別有Mgsinθ-F阻-FT=Ma,FT-(7-n)mg=(7-n)ma,整理得1n=mgM+7m·1a+mM+7m(2)相鄰兩計數(shù)點的時間間隔為T=5×0.02s=0.1s,小車的加速度大小為a=x4~7-x1~4(3T)2=96.4+85.4+74.2-63.0-51.8-40.69×0.12×10-3m/s2≈1.12m/s2,根據(jù)vt2=vt,打“6”點時小車的速度大小v6=x5~72T=85(3)1n-1a圖像的斜率為k=mgM+7m,mgM+7m=0.20m/s2(4)若細線下端懸掛2個槽碼,小車加速下滑,槽碼加速上升,槽碼處于超重狀態(tài),故細線對小車的拉力大于2個槽碼的重力,由于小車重力的下滑分力為7mg,則小車下滑過程中受到的合力小于5mg?？键c二創(chuàng)新性實驗[例4]【實驗原理的創(chuàng)新】(2024·江蘇揚州模擬)某軟件能夠調(diào)用手機內(nèi)置的加速度傳感器,實時顯示手機加速度的數(shù)值。小明通過安裝有該軟件的智能手機(其坐標軸如圖甲所示)探究加速度與力、質(zhì)量的關系,實驗裝置原理圖如圖乙所示。已知當?shù)刂亓铀俣葹間。(1)分別稱量出小桶的質(zhì)量m0和手機的質(zhì)量M0。(2)開始時,整個實驗裝置處于靜止狀態(tài),小桶里沒有裝砝碼。(3)用手突然向上托起小桶,使得細繩松弛,此瞬間手機受到的合力為(用題目所給字母表示)。

(4)往小桶中增加砝碼,重復步驟(3),測得實驗數(shù)據(jù)如表中所示。實驗次數(shù)小桶和砝碼的質(zhì)量m/kg手機加速度a/(m·s-2)10.024520.04451.7630.06452.5840.08453.3950.10454.2060.12454.98圖丙軟件截圖對應實驗次數(shù)“1”,可知上表中空白處的數(shù)據(jù)為m/s2。在圖丁中描出第一組數(shù)據(jù)的點并通過這些點作線,可以得到結論:物體質(zhì)量不變時,其加速度a與受到的合力F成。

(5)保持小桶和砝碼的質(zhì)量不變,用雙面膠把不同數(shù)量的配重片貼在手機背面,重復步驟(3),測得實驗數(shù)據(jù)并作出a-1M(6)從圖丙軟件截圖可以看出,即使整個實驗裝置處于靜止狀態(tài),手機依然顯示有加速度擾動,說明托起小桶瞬間也會存在該擾動,為了減少由此造成的相對誤差,下列做法可行的是。

A.使用質(zhì)量更大的砝碼組B.將彈簧更換為不可伸長的細線C.將彈簧更換為勁度系數(shù)更小的彈簧D.讓小桶和砝碼的質(zhì)量遠遠小于手機的質(zhì)量【答案】(3)m0g(4)0.97直正比(6)A【解析】(3)開始時,小桶、手機系統(tǒng)處于平衡,則彈簧的彈力F彈=(M0+m0)g,當將小桶突然托起瞬間,彈簧的彈力不變,此時手機受到的合力F1=F彈-M0g=m0g。(4)根據(jù)題圖丙可讀得手機的加速度大小約為0.97m/s2,因此表中空白處的數(shù)據(jù)應為0.97。將第一組數(shù)據(jù)點描出,結合其他點作直線,要求盡可能多的點跡落在圖線上,不能落在圖線上的點跡應均勻分布在圖線的兩側,明顯偏離的點跡應直接舍去。描點作圖如圖所示。根據(jù)圖像可知,當手機的質(zhì)量一定時,其加速度與所受合力成正比。(6)使用質(zhì)量更大的砝碼組,小桶托起瞬間,手機所受合力更大,對應的加速度更大,其擾動相對減小,故A正確;將彈簧更換為不可伸長的細線,手機自身總是能達到平衡狀態(tài),因此該方法不可行,故B錯誤;彈簧勁度系數(shù)越小,彈簧越容易發(fā)生形變,則擾動越大,該方法不可行,故C錯誤;讓小桶和砝碼的質(zhì)量遠遠小于手機的質(zhì)量,并不能減小其擾動,甚至會增加其擾動,且當托起小桶和砝碼時,手機加速度過小,對實驗數(shù)據(jù)的處理將變得更困難,該擾動影響較大,故D錯誤。[例5]【實驗方法的創(chuàng)新】(2024·甘肅蘭州三模)某中學實驗小組為探究加速度與合力的關系,設計了如圖甲所示的實驗裝置。主要實驗步驟如下:①按圖甲安裝實驗器材。重物用輕繩掛在動滑輪上(二者的總質(zhì)量為m),其下端與紙帶相連;輕繩左端與固定于天花板的力傳感器相連,可以測量繩上的拉力大小,右端跨過定滑輪與質(zhì)量為M的鉤碼Q連接。②接通打點計時器的電源,釋放鉤碼,帶動重物上升,在紙帶上打出一系列點,記錄此時傳感器的讀數(shù)F。③改變鉤碼的質(zhì)量,多次重復實驗步驟②,利用紙帶計算重物的加速度a,得到多組a、F數(shù)據(jù)。請回答以下問題:(1)已知打點計時器的打點周期為0.02s,某次實驗所得紙帶如圖乙所示,G、H和H、I間各有4個點未標出,則重物的加速度大小為a=m/s2(結果保留2位有效數(shù)字)。

(2)實驗得到重物的加速度大小a與力傳感器示數(shù)F的關系如圖丙所示,圖像的斜率為k、縱截距為-b(b>0),則重物和動滑輪的總質(zhì)量m=,當鉤碼與二者總質(zhì)量相等時,重物的加速度大小為a=。(結果均用k、b表示)

【答案】(1)1.6(2)2k【解析】(1)打點周期為0.02s,G、H和H、I間各有4個點未標出,則G、H和H、I的時間間隔為T=5×0.02s=0.1s,由逐差法有xHI-xGH=aT2,解得a=(24.02-18.81)-(18.(2)對重物、動滑輪整體,根據(jù)牛頓第二定律有2F-mg=ma,得a=2Fm-g,可知對應的a-F圖像斜率k=2m,截距絕對值b=g,解得m=2k;由于鉤碼的加速度為重物的2倍,對鉤碼有Mg-F=M·2a,而M=m,聯(lián)立解得a=[例6]【實驗器材的創(chuàng)新】(2024·江西卷,11)某小組探究物體加速度與其所受合外力的關系。實驗裝置如圖a所示,水平軌道上安裝兩個光電門,小車上固定一遮光片,細線一端與小車連接,另一端跨過定滑輪掛上鉤碼。(1)實驗前調(diào)節(jié)軌道右端滑輪高度,使細線與軌道平行,再適當墊高軌道左端以平衡小車所受摩擦力。(2)小車的質(zhì)量為M1=320g。利用光電門系統(tǒng)測出不同鉤碼質(zhì)量m時小車加速度a。鉤碼所受重力記為F,作出a-F圖像,如圖b中圖線甲所示。(3)由圖線甲可知,F較小時,a與F成正比;F較大時,a與F不成正比。為了進一步探究,將小車的質(zhì)量增加至M2=470g,重復步驟(2)的測量過程,作出a-F圖像,如圖b中圖線乙所示。(4)與圖線甲相比,圖線乙的線性區(qū)間(選填“較大”或“較小”),非線性區(qū)間(選填“較大”或“較小”)。再將小車的質(zhì)量增加至M3=720g,重復步驟(2)的測量過程,記錄鉤碼所受重力F與小車加速度a,如表所示(表中第9~14組數(shù)據(jù)未列出)。

序號鉤碼所受重力F/(9.8N)小車加速度a/(m·s-2)10.0200.2620.0400.5530.0600.8240.0801.0850.1001.3660.1201.6770.1401.9580.1602.209~14…………150.3003.92(5)請在圖b中補充描出第6至8三個數(shù)據(jù)點,并補充完成圖線丙。(6)根據(jù)以上實驗結果猜想和推斷:小車的質(zhì)量時,a與F成正比。結合所學知識對上述推斷進行解釋:

。

【答案】(4)較大較小(5)圖見解析(6)遠大于鉤碼質(zhì)量見解析【解析】(4)由題圖b分析可知,與圖線甲相比,圖線乙的線性區(qū)間較大,非線性區(qū)間較小。(5)在坐標系中進行描點,結合其他點用平滑的曲線擬合,使盡可能多的點在線上,不在線上的點均勻分布在線的兩側,如圖所示。(6)設細線拉力為FT,對鉤碼應用牛頓第二定律有F-FT=ma,對小車應用牛頓第二定律有FT=Ma,聯(lián)立解得F=(M+m)a,變形得a=1M+mF,當m?M時,可認為m+M=M,則a=1M·F,即[例7]【數(shù)據(jù)處理的創(chuàng)新】(2024·山西大同三模)某學習小組設計了圖甲所示裝置來探究物體質(zhì)量一定時加速度與合力的關系。主要實驗步驟如下:(1)如圖甲所示,裝置中光電門1、2之間的距離為h。開始時,左右兩側掛有兩個質(zhì)量都等于50g的小桶,兩小桶內(nèi)都裝有5個質(zhì)量都等于10g的鐵片;左側小桶A上固定著一質(zhì)量不計的擋光片,用游標卡尺測量擋光片的寬度,如圖乙所示,擋光片寬度d=mm。

(2)從左側小桶取出1個鐵片放入右桶中,接著釋放小桶,小桶A上的擋光片依次經(jīng)過光電門1和2,記錄擋光片遮光時間。重復上述過程,將左側小桶放入右側小桶中的鐵片總數(shù)量記為n。(3)某次實驗時,測得擋光片遮光時間分別為t1、t2,則可求得小桶A的加速度a=(用d、t1、t2、h表示)。

(4)利用所得數(shù)據(jù)作出a-n圖像,如圖丙所示。(5)利用a-n圖像可求得當?shù)刂亓铀俣萭=m/s2(結果保留3位有效數(shù)字)。

【答案】(1)4.0(3)d22h(1【解析】(1)該游標卡尺的精確度為0.1mm,其讀數(shù)為d=4mm+0×0.1mm=4.0mm。(3)擋光片通過光電門1時的速度為v1=dt1,通過光電門2時的速度為v2=dt2,從光電門1到光電門2有v22-v12=2ah,解得(5)設鐵片質(zhì)量為m0,小桶質(zhì)量為M,繩子拉力為FT,對右側有(5+n)m0g+Mg-FT=[(5+n)m0+M]a,對左側有FT-(5-n)m0g-Mg=[(5-n)m0+M]a,整理有a=2m0g10m0+2Mn,由于M=5m0,得a=110gn,即a-n圖像的斜率k=110g,(滿分:40分)1.(6分)(2024·廣東卷,11)圖甲是“探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關系”實驗裝置示意圖。圖中木板右端墊高的目的是。圖乙是實驗得到紙帶的一部分,每相鄰兩計數(shù)點間有四個點未畫出,相鄰計數(shù)點的間距已在圖中給出。打點計時器電源頻率為50Hz,則小車的加速度大小為m/s2(結果保留3位有效數(shù)字)。

【答案】平衡摩擦力2.86【解析】木板右端墊高是為了消除摩擦力的影響,即平衡摩擦力;小車的加速度大小a=(16.29+13.43+10.59-2.(9分)(2024·安徽六安二模)為了探究加速度與力、質(zhì)量的關系,(1)小亮利用如圖甲所示的實驗方案,探究小車質(zhì)量一定時加速度與合力之間的關系,圖中上、下兩層水平軌道,細線跨過光滑定滑輪并掛上砝碼盤,將砝碼和砝碼盤的總重力作為小車所受合外力,兩小車尾部細線連到控制裝置上,實驗時通過控制裝置使兩小車同時開始運動,并同時停止。實驗前,下列操作必要的是。(多選)

A.選用質(zhì)量不同的兩輛小車B.調(diào)節(jié)定滑輪的高度,使細線與軌道平行C.使砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量D.將軌道右端適當墊高,使小車在沒有細線牽引時能在軌道上勻速運動,以平衡摩擦力(2)小明用如圖乙所示的裝置進行實驗。實驗前由于疏忽,小明遺漏了平衡摩擦力這一步驟,他測量得到的a-F圖像可能是圖丙中的圖線(選填“1”“2”或“3”)。

(3)調(diào)整正確后,他作出的a-F圖像末端明顯偏離直線。如果已知小車質(zhì)量為M,某次所掛鉤碼質(zhì)量為m,則圖丁中坐標a1=,a2=(結果均用M、m、g表示)。

【答案】(1)BCD(2)3(3)mgM【解析】(1)實驗要探究小車質(zhì)量一定時加速度與合力之間的關系,則選用質(zhì)量相同的兩輛小車,選項A錯誤;應調(diào)節(jié)定滑輪的高度,使細線與軌道平行,確保小車所受拉力水平,選項B正確;使砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量,這樣才能近似認為砝碼和砝碼盤的總重力等于小車受到的牽引力,選項C正確;將軌道右端適當墊高,使小車在沒有細線牽引時能在軌道上勻速運動,以平衡摩擦力,選項D正確。(2)若實驗前遺漏了平衡摩擦力這一步驟,則當拉力F達到一定值時小車才會產(chǎn)生加速度,可知他測量得到的a-F圖像可能是圖線3。(3)沒有偏離直線時,可以用鉤碼的總重力代替小車受到的合力,根據(jù)牛頓第二定律有mg=Ma1,可得a1=mgM,而實際為mg=(M+m)a2,即a2=mg3.(7分)(2024·江蘇南通模擬)某實驗小組用如圖甲所示的裝置探究牛頓第二定律。將長木板一端固定在水平桌面的左端,用支架將木板另一端墊起。在木板上固定兩個光電門1和2,木板上端放置一個帶有遮光條的小車,小車通過輕質(zhì)細線繞過固定在木板右端的光滑定滑輪與小物塊相連,木板上方的細線與木板平行,重力加速度為g。實驗步驟如下:(1)在小車上放上一定質(zhì)量的砝碼,調(diào)整墊塊的位置,給小車一沿木板向下的初速度,直到遮光條通過兩個光電門的遮光時間相等,然后去掉小物塊,讓小車沿木板下滑,記錄遮光條經(jīng)過光電門1、2的遮光時間t1、t2,可求出小車加速度a。(2)改變小車上所放砝碼的質(zhì)量,再次調(diào)整墊塊的位置,重復(1)中操作,求出小車上所放砝碼質(zhì)量為m時對應的小車加速度a。(3)若實驗數(shù)據(jù)滿足牛頓第二定律,以砝碼的質(zhì)量m為橫軸,在坐標紙上作出的圖乙為(填字母序號)關系圖像,其圖線為一條直線。

A.a-m B.1a-C.a2-m D.a-m(4)已知圖乙中直線的斜率為k,縱截距為b,則小車和砝碼受到的合力大小為,小車的質(zhì)量為(用題給已知量字母表示)。

【答案】(3)B(4)1k【解析】(3)設小車質(zhì)量為M,砝碼質(zhì)量為m,小物塊質(zhì)量為m0,斜面傾角為θ,當遮光條通過兩個光電門的遮光時間相等時,表明小車向下做勻速直線運動,則有(M+m)gsinθ=m0g+μ(M+m)gcosθ,即(M+m)(sinθ-μcosθ)g=m0g,去掉小物塊后,根據(jù)牛頓第二定律有(M+m)gsinθ-μ(M+m)gcosθ=(M+m)a,則有m0g=(M+m)a,解得1a=1m0gm+Mm0g,即加速度的倒數(shù)與砝碼質(zhì)量呈線性關系。若實驗數(shù)據(jù)滿足牛頓第二定律,以砝碼的質(zhì)量m為橫軸,(4)題圖乙與1a=1m0gm+Mm0g對比,有k=1m0g,b=Mm0g,解得m0g=1k4.(9分)(2024·四川攀枝花階段檢測)實驗小組用如圖甲所示的裝置做“探究加速度與力、質(zhì)量的關系”實驗。由水平放置的氣墊導軌側面的刻度尺可以測出光電門A、B之間的距離L以及遮光片的寬度d,遮光片通過光電門A、B的時間tA、tB可通過計時器(圖中未標出)分別讀出,滑塊質(zhì)量為M,鉤碼質(zhì)量為m,打開氣墊導軌的氣源,讓滑塊在鉤碼的重力作用下做勻加速直線運動,重力加速度為g,回答下列問題:(1)滑塊的加速度a=(用L、tA、tB、d來表示)。

(2)保持鉤碼的質(zhì)量m不變,改變滑塊的質(zhì)量M,且滿足m遠小于M,得出若干組不同的M對應的加速度a,描繪出a-M函數(shù)關系圖像如圖乙,若圖中標為陰影的兩矩形的面積相等,則a與M成(選填“正比”或“反比”)。

(3)撤去光電門A,保持滑塊的質(zhì)量M不變,改變鉤碼的質(zhì)量m,且滿足m遠小于M,滑塊每次都從氣墊導軌右邊距光電門B為x的同一位置由靜止釋放,遮光片通過光電門B的時間為t,為了能更直觀地看出滑塊的加速度與所受合力的關系,應作出

(選填“m-t”或“m-1t2”)圖像。若該圖像的斜率為k,已知當?shù)氐闹亓铀俣葹間,則滑塊的質(zhì)量M=(用k、d、g、x表示【答案】(1)d22L(1tB2-1tA2)【解析】(1)滑塊經(jīng)過兩光電門的速度分別為vA=dtA,vB=dtB,根據(jù)速度與位移關系式有vB2-vA2=2aL,聯(lián)立解得(2)把a-M函數(shù)關系圖像中兩個矩形補充完整,如圖所示。兩個完整的矩形的面積相等,都為mg,再減去補充的共有面積,剩余的面積也相等,即圖中兩矩形的面積相等,說明滑塊的質(zhì)量M與加速度a的乘積不變,即恒為mg,則a與M成反比。(3)根據(jù)速度位移關系可得(dt)2=2ax,又a=mgM,聯(lián)立可得mg=Md22x·1t2,而滑塊所受合力F=mg,所以為了能更直觀地看出滑塊的加速度與所受合力的關系,應作出m-1t2圖像;根據(jù)題意可知m-15.(9分)(2024·廣西桂林階段檢測)某同學用如圖甲所示裝置驗證加速度與力的關系。小車通過輕繩與鉤碼相連,固定在小車上的擋光片寬度為d,光電門傳感器固定在軌道上,為平衡摩擦力,將軌道調(diào)整為左高右低。實驗時,將小車從某一位置由靜止釋放,通過光電門測出擋光片的擋光時間Δt,實驗中,改變動滑輪下懸掛的鉤碼個數(shù),小車從同一位置由靜止釋放,記錄彈簧測力計的示數(shù)F,進行多次測量,測得多組Δt和F。在1(Δt)2(1)實驗中鉤碼的質(zhì)量(選填“需要”或“不需要”)遠小于小車的質(zhì)量。

(2)該圖像斜率與下列哪個量無關?。

A.小車的質(zhì)量 B.鉤碼的質(zhì)量C.小車釋放的位置 D.擋光片的寬度d(3)按照圖乙的點跡描繪圖像。(4)為使(3)中的圖像過坐標原點,應適當(選填“減小”或“增大”)軌道左端的高度。

【答案】(1)不需要(2)B(3)圖見解析(4)增大【解析】(1)實驗中小車受到的合力由彈簧測力計讀出,而不是用鉤碼重力代替,因此不需要鉤碼的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量。(2)設小車通過光電門的速度為v,到光電門的距離為s,有v=dΔt,v2=2as,根據(jù)牛頓第二定律,對小車有F=Ma,整理得1(Δt)2=2sMd2F,1((3)由1(Δt)2-F圖像中的點可知,其圖線為一條直線,過這些點作直線,(4)若平衡阻力時軌道傾斜有偏差,摩擦力大于小車受到的沿軌道向下的力,則有1(Δt)2=2sMd2(F-Ff)=2sMd2【課標要求】1.探究影響感應電流方向的因素,理解楞次定律。2.通過實驗,理解法拉第電磁感應定律。3.通過實驗,了解自感現(xiàn)象和渦流現(xiàn)象。能舉例說明自感現(xiàn)象和渦流現(xiàn)象在生產(chǎn)生活中的應用。【考情分析】楞次定律2024·江蘇卷·T10、2024·廣東卷·T4、2023·海南卷·T6、2022·北京卷·T11法拉第電磁感應定律及應用2024·廣東卷·T4、2024·甘肅卷·T4、T6、2024·河北卷·T14、2024·山東卷·T11、2024·湖南卷·T4、T8、2024·浙江6月選考卷·T13、T19、2024·海南卷·T13、2024·北京卷·T14、T20、2024·江西卷·T15、2024·湖北卷·T1、T15、2024·全國甲卷·T25、2024·安徽卷·T15、2024·黑吉遼卷·T9、2023·全國甲卷·T21、2023·全國乙卷·T17、2023·新課標卷·T26、2023·北京卷·T19、2023·湖南卷·T14、2023·江蘇卷·T8、2023·浙江6月選考卷·T19、2022·全國甲卷·T16、2022·全國乙卷·T24、2022·江蘇卷·T5電磁感應圖像問題2024·全國甲卷·T21、2022·河北卷·T8第1講電磁感應現(xiàn)象楞次定律情境導思如圖是學生常用的飯卡內(nèi)部示意圖,其由線圈和芯片組成電路。已知線圈面積為S,共n匝。某次刷卡時,線圈平面與磁場垂直,且全部處于磁場區(qū)域內(nèi),在感應時間t內(nèi),磁感應強度方向向里且由0增大到B0,此過程中,試分析:(1)通過線圈的磁通量變化量大小?(2)線圈中是否有感應電流?若有電流,線圈中感應電流的方向如何判斷?(3)線圈有擴張的趨勢還是有收縮的趨勢?(多選)如圖所示,通電導線旁邊同一平面有矩形線圈abcd,則()[A]當線圈向?qū)Ь€靠近時,其中感應電流方向是a→b→c→d[B]若線圈在平面內(nèi)上下平動,無感應電流產(chǎn)生[C]若線圈向右平動,其中感應電流方向是a→b→c→d[D]當線圈以導線為軸轉(zhuǎn)動時,其中感應電流方向是a→b→c→d【答案】AB【答案】BS磁感線Φ2-Φ1磁通量切割電能阻礙磁通量磁感線導體運動感應電流切割考點一對電磁感應現(xiàn)象的理解和判斷1.對磁通量的理解(1)磁通量是通過某一平面磁場的多少,與線圈匝數(shù)N無關。(2)磁通量是有向標量,當磁場從另一個面通過線圈時,磁通量反向。(3)磁通量計算要注意“有效面積”。公式Φ=BS中的面積S指的是垂直于勻強磁場方向的面積,若所研究平面與磁場方向不垂直,應取垂直于磁場方向上的投影面積,即為有效面積。2.判斷電路中能否產(chǎn)生感應電流的一般流程[例1]【對磁通量的理解】(2024·安徽馬鞍山期末)如圖所示,邊長為l的n匝正方形線框abcd內(nèi)部有一邊長為l2的正方形區(qū)域的勻強磁場,磁場的磁感應強度為B,下列說法正確的是([A]磁通量是矢量,既有大小又有方向[B]圖示位置時,穿過線框的磁通量為Bl2[C]圖示位置時,穿過線框的磁通量為nBl2[D]從圖示位置繞bc轉(zhuǎn)過90°的過程中,穿過線框的磁通量減少14Bl【答案】D【解析】磁通量是標量,有大小無方向,但磁通量有正負,故A錯誤;題圖所示位置時,有效面積為內(nèi)部邊長為l2的正方形的面積,則穿過線框的磁通量為Φ=BS=B·(l2)2=Bl24,故B、C錯誤;從題圖所示位置繞bc轉(zhuǎn)過90°的過程中,正方形線框從垂直磁場方向轉(zhuǎn)到了與磁場方向平行,穿過線框的磁通量減少了14B[例2]【感應電流有無的判斷】(2024·湖南湘潭開學考)下列給出了與感應電流產(chǎn)生條件相關的四幅情境圖,其中判斷正確的是()[A]圖甲,磁鐵向右插入不閉合線圈的過程中,線圈中會產(chǎn)生感應電動勢[B]圖乙,正方形金屬線圈水平向右移動的過程中,正方形線圈中會有感應電流[C]圖丙,閉合導線框以其任何一條邊為軸在磁場中旋轉(zhuǎn),都能產(chǎn)生感應電流[D]圖丁,水平放置的圓形線圈直徑正上方通有逐漸增大的電流,圓線圈中有感應電流【答案】A【解析】題圖甲中,磁鐵向右插入不閉合線圈,線圈中磁通量發(fā)生變化,線圈中會產(chǎn)生感應電動勢,由于線圈不閉合,線圈中不會產(chǎn)生感應電流,A正確;題圖乙中,正方形金屬線圈水平向右移動,由于線圈的磁通量保持不變,矩形線圈中不會產(chǎn)生感應電流,B錯誤;題圖丙中,閉合導線框若以豎直邊為軸在磁場中旋轉(zhuǎn),不能產(chǎn)生感應電流,C錯誤;題圖丁中,水平放置的圓形線圈直徑正上方導線中電流逐漸增大,線圈的磁通量一直為零,線圈中沒有感應電流,D錯誤?？键c二楞次定律及推論1.楞次定律中“阻礙”的含義2.判斷感應電流方向的兩種方法(1)用楞次定律判斷。(2)用右手定則判斷。該方法適用于部分導體切割磁感線產(chǎn)生的感應電流。判斷時注意掌心、拇指、四指的方向。①掌心——磁感線垂直穿入。②拇指——指向?qū)w運動的方向。③四指——指向感應電流的方向。[例3]【感應電流方向的判斷】(2024·江蘇卷,10)如圖所示,在絕緣的水平面上,有閉合的兩個線圈a、b,線圈a處在垂直于紙面向里的勻強磁場中,線圈b位于右側無磁場區(qū)域。現(xiàn)將線圈a從磁場中勻速拉出,線圈a、b中產(chǎn)生的感應電流方向分別是()[A]順時針,順時針 [B]順時針,逆時針[C]逆時針,順時針 [D]逆時針,逆時針【答案】A【解析】線圈a從磁場中勻速拉出的過程中,線圈a左側邊切割磁感線,由右手定則可知線圈a的電流方向為順時針,由于線圈a從磁場中勻速拉出,則a中產(chǎn)生的電流為恒定電流,在線圈a靠近線圈b的過程中,線圈b的磁通量在向外增大,根據(jù)楞次定律可得線圈b產(chǎn)生的電流方向為順時針。故選A。[例4]【“增反減同”】(2024·河南開封期中)(多選)某同學發(fā)明了一種利用旋轉(zhuǎn)雨傘產(chǎn)生電流的方法,其原理可以簡化為如下模型:沿雨傘邊緣繞一絕緣圓環(huán)A并使其均勻帶電,在雨傘面上再固定一導體環(huán)B(A、B可看作在同一平面內(nèi),且傘面絕緣)。若傘以順時針方向變速轉(zhuǎn)動時,B環(huán)中產(chǎn)生如圖所示方向的感應電流,則()[A]A環(huán)可能帶正電且轉(zhuǎn)速不變[B]A環(huán)可能帶正電且轉(zhuǎn)速增大[C]A環(huán)可能帶負電且轉(zhuǎn)速增大[D]A環(huán)可能帶負電且轉(zhuǎn)速減小【答案】BD【解析】若A環(huán)帶正電,轉(zhuǎn)速不變時,A環(huán)產(chǎn)生的磁場不變,無法在B環(huán)中產(chǎn)生感應電流;轉(zhuǎn)速增大時,A環(huán)產(chǎn)生的磁場增強,根據(jù)安培定則、楞次定律可知,B環(huán)內(nèi)的感應電流為逆時針,A錯誤,B正確。若A環(huán)帶負電,同理可知,C錯誤,D正確。[例5]【“來拒去留”】(2024·江蘇揚州期中)如圖所示,一個金屬圓環(huán)靜置在絕緣光滑的水平桌面上,圓心的正上方有一個豎直的條形磁鐵。當把條形磁鐵水平向右移動時,則()[A]金屬圓環(huán)將向左運動[B]金屬圓環(huán)對桌面的壓力將變大[C]金屬圓環(huán)將受到水平向右的驅(qū)動力[D]從上向下看,金屬圓環(huán)內(nèi)產(chǎn)生順時針方向的感應電流【答案】C【解析】根據(jù)“來拒去留”可知,金屬圓環(huán)將受到水平向右的驅(qū)動力,金屬圓環(huán)將向右運動,故A錯誤,C正確;當條形磁鐵水平向右平移時,閉合金屬環(huán)內(nèi)向上的磁通量減小,由楞次定律可知,金屬圓環(huán)中會產(chǎn)生逆時針方向的感應電流,將金屬圓環(huán)等效成條形磁體,則上面為N極,故與條形磁鐵相吸,則環(huán)對桌面的壓力小于重力,故B、D錯誤。[例6]【“增縮減擴”】(多選)如圖甲所示,圓形線圈P靜止在水平桌面上,其正上方固定一螺線管Q,P和Q共軸,Q中的電流i隨時間t變化的規(guī)律如圖乙所示,取圖甲中電流方向為正方向,則()[A]在t1時刻,P有收縮的趨勢[B]在t2時刻,穿過P的磁通量不變[C]在t3時刻,P中有感應電流[D]在t4時刻,P有收縮的趨勢【答案】ABC【解析】當螺線管中電流增大時,其形成的磁場不斷增強,因此線圈P中的磁通量增大,根據(jù)楞次定律可知,線圈P有遠離和面積收縮的趨勢,故在t1時刻P有收縮的趨勢,故A正確;t2時刻螺線管中電流不變,其形成磁場不變,線圈P中的磁通量不變,線圈中無感應電流產(chǎn)生,故B正確;在t3時刻螺線管中電流為零,但是線圈P中磁通量變化,線圈P中有感應電流,故C正確;t4時刻螺線管中電流不變,其形成磁場不變,線圈P中的磁通量不變,線圈中無感應電流產(chǎn)生,P沒有收縮的趨勢,故D錯誤。楞次定律的推論內(nèi)容例證增反減同(阻礙原磁通量的變化;阻礙原電流的變化)磁體靠近線圈,B感與B原方向相反當I1增大時,環(huán)B中的感應電流方向與I1相反;當I1減小時,環(huán)B中的感應電流方向與I1相同閉合S,B燈先亮,A燈逐漸變亮來拒去留(阻礙相對運動)磁體靠近,是斥力;磁體遠離,是引力。作用力總是阻礙磁體與圓環(huán)相對運動增縮減擴(適用于單向磁場)P、Q是光滑固定導軌,a、b是可動金屬棒,磁體下移(上移),a、b靠近(遠離),使回路面積有縮小(擴大)的趨勢說明以上情況“殊途同歸”,實質(zhì)上都是以不同的方式阻礙磁通量的變化考點三“三定則、一定律”的應用[例7](2024·廣西專題練習)(多選)如圖所示裝置中,ab、cd桿垂直放置在導軌上,與導軌接觸良好,桿與導軌之間的摩擦力不計。原來ab、cd桿均靜止,當ab桿做如下運動時,cd桿將向左移動的是()[A]向右減速運動 [B]向右加速運動[C]向左加速運動 [D]向左減速運動【答案】AC【解析】cd桿向左移動,則cd桿受到的安培力水平向左,根據(jù)左手定則,cd桿上電流方向為從d流向c,根據(jù)楞次定律,線圈L2的感應磁場方向為豎直向下,則線圈L1中磁場方向向下增強或向上減弱。若線圈L1中磁場方向向下增強,則ab桿中電流方向為從b流向a,并且逐漸增大,所以ab桿向左加速運動。同理可得,若線圈L1中磁場方向向上減弱,ab桿向右減速運動,B、D錯誤,A、C正確。(1)左、右手定則巧區(qū)分。①右手定則與左手定則的區(qū)別:抓住“因果關系”才能無誤,“因動而電”——用右手;“因電而動”——用左手。②左手定則和右手定則很容易混淆,為了便于區(qū)分,可把兩個定則簡單地總結為“通電受力用左手,運動生電用右手”,即“左力右電”。(2)在二次感應現(xiàn)象中,“程序法”和“逆向推理法”的選擇。①如果要判斷二次感應后的現(xiàn)象或結果,選擇程序法。②如果已知二次感應后的結果,要判斷導體棒的運動情況或磁場的變化,需選擇逆向推理法。(滿分:52分)對點1.對電磁感應現(xiàn)象的理解和判斷1.(6分)(2025·云南高考適應性考試)(多選)法拉第在日記中記錄了其發(fā)現(xiàn)電磁感應現(xiàn)象的過程,某同學用現(xiàn)有器材重現(xiàn)了其中一個實驗。如圖所示,線圈P兩端連接到靈敏電流表上,線圈Q通過開關S連接到直流電源上。將線圈Q放在線圈P的里面后,則()[A]開關S閉合瞬間,電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)[B]開關S斷開瞬間,電流表指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)[C]保持開關S閉合,迅速拔出線圈Q瞬間,電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)[D]保持開關S閉合,迅速拔出線圈Q瞬間,電流表指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)【答案】AC【解析】開關閉合或斷開瞬間,線圈Q的電流發(fā)生變化,由法拉第電磁感應定律可知,線圈P中有感應電流產(chǎn)生,電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn),故A正確,B錯誤;保持開關S閉合,迅速拔出線圈Q瞬間,線圈P中磁通量發(fā)生變化,線圈P中有感應電流產(chǎn)生,電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn),故C正確,D錯誤。2.(6分)(2024·山東濟南期末)(多選)地球赤道附近的地磁場可以看成是磁感應強度B=5×10-6T,方向由南向北的勻強磁場。若在該區(qū)域有一面沿東西方向的墻(磁場垂直于墻面,由室內(nèi)指向室外),墻面上有兩種類型的窗戶。如圖甲所示的窗戶可以繞ad向外轉(zhuǎn)動,如圖乙所示的窗戶可以沿水平方向左右滑動。已知兩扇窗戶abcd和efgh金屬框架的面積都為1.5m2,則下列說法正確的是()[A]圖甲,窗戶繞ad向外推開的過程中,金屬框架abcd中有感應電流[B]圖乙,窗戶沿水平方向從左向右滑動的過程中,金屬框架efgh中有感應電流[C]圖甲,關閉著的窗戶向外推開30°時,穿過金屬框架abcd的磁通量為7.5×10-6Wb[D]圖甲,關閉著的窗戶向外推開120°的過程中,穿過金屬框架abcd的磁通量的大小為3.75×10-6Wb【答案】AD【解析】題圖甲,窗戶繞ad向外推開的過程中,金屬框架abcd中磁通量發(fā)生變化,有感應電流,故A正確。題圖乙,窗戶沿水平方向從左向右滑動的過程中,金屬框架efgh中磁通量沒有發(fā)生變化,沒有感應電流,故B錯誤。題圖甲,關閉著的窗戶向外推開30°時,穿過金屬框架abcd的磁通量為Φ=BScos30°=3.753×10-6Wb;向外推開120°的過程中,穿過金屬框架abcd的磁通量的大小為Φ=BScos60°=3.75×10-6Wb,故C錯誤,D正確。對點2.楞次定律及推論3.(4分)(2025·四川高考適應性考試)如圖,水平面MN下方存在垂直于紙面向里的勻強磁場,紙面為豎直平面。不可形變的導體棒ab和兩根可形變的導體棒組成三角形回路框,其中ab處于水平位置,框從MN上方由靜止釋放,框面始終在紙面內(nèi),框落入磁場且ab未到達MN的過程中,沿磁場方向觀察,框的大致形狀及回路中的電流方向為()[A][B][C][D]【答案】C【解析】框下落過程中,通過框面的磁通量增大,故框有收縮趨勢;根據(jù)楞次定律知,沿磁場方向觀察,電流沿逆時針方向。4.(6分)(多選)如圖所示,金屬棒ab、cd放在水平光滑導軌上,條形磁體向下加速運動,在接近導軌時,下列說法正確的是()[A]ab、cd相互靠近 [B]ab、cd相互遠離[C]磁體加速度大于g [D]磁體加速度小于g【答案】AD【解析】當條形磁體從上向下接近閉合回路時,穿過回路的磁場方向向下,且磁通量在不斷增加,根據(jù)楞次定律可知,感應電流所產(chǎn)生的效果總是阻礙產(chǎn)生感應電流的磁通量的變化,所以會阻礙條形磁體的下落,則感應電流的磁場給條形磁體一個向上阻礙其下落的阻力,即磁體下落的加速度小于g;為了阻礙回路中磁通量增加,ab、cd兩金屬棒將互相靠攏,使回路的面積減小。故選AD。5.(4分)(2024·浙江專題練習)如圖所示,光滑絕緣水平面上,有兩根固定的相互垂直彼此絕緣的長直導線,通以大小相同的電流。在角平分線上,對稱放置四個相同的圓線圈。若兩根導線上的電流同時按相同規(guī)律均勻增大,下列判斷正確的是()[A]線圈1中有順時針方向的感應電流[B]線圈2中有順時針方向的感應電流[C]線圈3中有順時針方向的感應電流[D]線圈4中有順時針方向的感應電流【答案】B【解析】由安培定則可以判斷出線圈1中磁通量為零,線圈2中磁通量垂直于紙面向外,線圈3中磁通量為零,線圈4中磁通量垂直于紙面向內(nèi)。當兩根導線上的電流同時按相同規(guī)律增大時,根據(jù)楞次定律可知,線圈1和線圈3中無感應電流,線圈2中有順時針方向的感應電流,線圈4中有逆時針方向的感應電流。故選B。6.(6分)(多選)如圖甲所示,將線圈套在長玻璃管上,線圈的兩端與電流傳感器(可看作理想電流表)相