實驗四探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系學(xué)習(xí)目標1.理解實驗的原理,明確實驗過程并能進行數(shù)據(jù)處理。2.了解實驗的注意事項,會對實驗進行誤差分析。3.能理解創(chuàng)新實驗的原理,并能運用相應(yīng)的公式、函數(shù)處理數(shù)據(jù)。原理裝置圖操作要求注意事項1.控制變量法(1)保持小車質(zhì)量不變,探究加速度與合力的關(guān)系。(2)保持小車所受合力不變,探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系。2.改變小車質(zhì)量M或槽碼質(zhì)量m時,無需重新平衡阻力。3.使用力傳感器或彈簧測力計可測出細繩拉力時,無需滿足M?m。1.用天平測量槽碼的質(zhì)量m和小車的質(zhì)量M。2.根據(jù)設(shè)計要求安裝實驗裝置,只是不把懸掛槽碼的細繩系在小車上。3.在長木板不帶定滑輪的一端下面墊上一塊薄木塊,使小車能勻速下滑。4.槽碼通過細繩繞過定滑輪系于小車上,接通電源后放開小車,斷開電源取下紙帶,編寫號碼,保持小車質(zhì)量M不變,改變槽碼質(zhì)量m,重復(fù)實驗得到紙帶;保持槽碼的質(zhì)量m不變,改變小車的質(zhì)量M,重復(fù)實驗得到紙帶。1.平衡阻力:平衡阻力時,不要把懸掛槽碼的細繩系在小車上,讓小車連著紙帶勻速運動2.質(zhì)量:槽碼質(zhì)量m遠小于小車質(zhì)量M3.平行:使細繩與長木板平行4.靠近:小車從靠近打點計時器的位置釋放5.先后:實驗時先接通電源后釋放小車數(shù)據(jù)處理1.利用Δx=aT2及逐差法求a。2.以a為縱坐標,F為橫坐標,描點、畫線,如果該線為過原點的直線,說明a與F成正比。3.以a為縱坐標,1M為橫坐標,描點、畫線,如果該線為過原點的直線,就能判定a與M成反比考點一教材原型實驗例1(2024·浙江1月選考,16)如圖所示是“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗裝置。(1)該實驗中同時研究三個物理量間關(guān)系是很困難的,因此我們采用的研究方法是。

A.放大法 B.控制變量法 C.補償法(2)該實驗過程中操作正確的是。

A.平衡阻力時小車未連接紙帶B.先接通打點計時器電源,后釋放小車C.調(diào)節(jié)滑輪高度使細繩與水平桌面平行(3)在小車質(zhì)量(選填“遠大于”或“遠小于”)槽碼質(zhì)量時,可以認為細繩拉力近似等于槽碼的重力。上述做法引起的誤差為(選填“偶然誤差”或“系統(tǒng)誤差”)。為減小此誤差,下列可行的方案是。

A.用氣墊導(dǎo)軌代替普通導(dǎo)軌,滑塊代替小車B.在小車上加裝遮光條,用光電計時系統(tǒng)代替打點計時器C.在小車與細繩之間加裝力傳感器,測出小車所受拉力大小(4)經(jīng)正確操作后獲得一條如圖乙所示的紙帶,建立以計數(shù)點0為坐標原點的x軸,各計數(shù)點的位置坐標分別為0、x1、…、x6。已知打點計時器的打點周期為T,則打計數(shù)點5時小車速度的表達式v=;小車加速度的表達式是(選填正確選項前的字母)。

A.a=x6-2x3(15T)2例2(2025·江蘇南通高三期末)某實驗小組利用如圖甲所示的裝置,探究加速度與力的關(guān)系。(1)該實驗過程中操作正確的是。

A.平衡阻力時小車不要連接紙帶B.先接通打點計時器電源,后釋放小車C.調(diào)節(jié)滑輪高度使細繩與水平桌面平行(2)圖乙為某同學(xué)在實驗中打出的紙帶,計時器打點頻率為50Hz,相鄰兩計數(shù)點間有四個點未畫出,部分實驗數(shù)據(jù)如圖乙所示。求得小車的加速度是m/s2(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。

(3)實驗中根據(jù)得到的數(shù)據(jù)畫出了a-F的圖線,如圖丙所示,從圖中可以發(fā)現(xiàn)實驗操作中存在的問題可能是。

A.平衡阻力時長木板的傾角偏大B.處理紙帶時去除了開始密集的點C.砝碼和砝碼盤總質(zhì)量沒有遠小于小車質(zhì)量(4)如圖丁所示,將原小車換成帶有力傳感器的、等質(zhì)量的小車,細線拉力F的大小可以從力傳感器獲得。從理論上分析,實驗得到的a-F圖線的斜率與(3)相比,將(選填“變大”“變小”或“不變”),理由是

。

考點二教材創(chuàng)新實驗創(chuàng)新角度實驗舉例實驗器材創(chuàng)新位移傳感器,速度傳感器,拉力傳感器,氣墊導(dǎo)軌,光電門實驗原理創(chuàng)新掛上托盤和砝碼,改變木板的傾角,使質(zhì)量為M的小車拖著紙帶沿木板勻速下滑,取下托盤和砝碼,測出其總質(zhì)量m,讓小車沿木板下滑,可知小車所受合力為mg。改變砝碼質(zhì)量,多次重復(fù)實驗探究加速度與物體受力關(guān)系。例3(2024·江西卷,11)某小組探究物體加速度與其所受合外力的關(guān)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(dāng)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(fù)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,非線性區(qū)間(均選填“較大”或“較小”)。再將小車的質(zhì)量增加至M3=720g,重復(fù)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12345鉤碼所受重力F/(×9.8N)0.0200.0400.0600.0.800.100小車加速度a/(m·s-2)0.260.550.821.081.36序號6789~1415鉤碼所受重力F/(×9.8N)0.1200.1400.160……0.300小車加速度a/(m·s-2)1.671.952.20……3.92(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(jié)果猜想和推斷:小車的質(zhì)量時,a與F成正比。結(jié)合所學(xué)知識對上述推斷進行解釋:

。例4(2025·山東濟南高三期末)在探究物體質(zhì)量一定時加速度與力的關(guān)系實驗中,小張同學(xué)對教材上的實驗方案做了改進,如圖甲所示,調(diào)節(jié)桌面水平,用力傳感器直接測細線的拉力F,小車在水平拉力作用下,由靜止開始做勻加速運動。(1)關(guān)于該實驗的操作,下列說法正確的是。

A.必須測出砂和砂桶的質(zhì)量,以其重力表示小車受到的合力B.一定要保證砂和砂桶的總質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量C.應(yīng)當(dāng)先釋放小車,再接通電源D.要想探究加速度a與相應(yīng)力傳感器示數(shù)F的關(guān)系,需要多次改變砂和砂桶的總質(zhì)量(2)通過實驗得到如圖乙所示的紙帶,已知打點計時器使用的交流電源的頻率為f,0、1、2、3、4是相鄰計數(shù)點,相鄰計數(shù)點之間還有四個計時點未標出,利用逐差法計算小車運動的加速度表達式為a=(用x1、x2、x3、x4、f表示)。

(3)由實驗得到力傳感器示數(shù)F與小車加速度a的關(guān)系如圖丙所示,由圖丙中數(shù)據(jù)可知小車質(zhì)量m=kg(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。

考點三教材實驗拓展——測動摩擦因數(shù)或物體的質(zhì)量例5(2023·湖北卷,11)某同學(xué)利用測質(zhì)量的小型家用電子秤,設(shè)計了測量木塊和木板間動摩擦因數(shù)μ的實驗。如圖(a)所示,木板和木塊A放在水平桌面上,電子秤放在水平地面上,木塊A和放在電子秤上的重物B通過跨過定滑輪的輕繩相連。調(diào)節(jié)滑輪,使其與木塊A間的輕繩水平,與重物B間的輕繩豎直。在木塊A上放置n(n=0,1,2,3,4,5)個砝碼(電子秤稱得每個砝碼的質(zhì)量m0為20.0g),向左拉動木板的同時,記錄電子秤的對應(yīng)示數(shù)m。(1)實驗中,拉動木板時(填“必須”或“不必”)保持勻速。

(2)用mA和mB分別表示木塊A和重物B的質(zhì)量,則m和mA、mB、m0、μ、n所滿足的關(guān)系式為m=。

(3)根據(jù)測量數(shù)據(jù)在坐標紙上繪制出m-n圖像,如圖(b)所示,可得木塊A和木板間的動摩擦因數(shù)μ=(保留2位有效數(shù)字)。

例6(2025·山西朔州高三開學(xué)考)某實驗小組用如圖甲所示裝置做“探究加速度與力的關(guān)系”實驗,圖中一端帶滑輪的長木板放置于水平桌面上,拉力傳感器與滑輪之間的輕繩始終與長木板平行,拉力傳感器可直接顯示繩上的拉力大小,打點計時器所接電源的頻率為50Hz。(1)實驗時,(選填“需要”或“不需要”)平衡小車受到的阻力;(選填“需要”或“不需要”)滿足小車和滑輪總質(zhì)量遠大于砂和砂桶的總質(zhì)量這一條件。

(2)正確完成實驗操作后,得到的一條紙帶部分如圖乙所示(相鄰兩個計