第3講第三章運(yùn)動(dòng)與力的關(guān)系實(shí)驗(yàn)4：探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系目標(biāo)要求1.理解實(shí)驗(yàn)原理，明確實(shí)驗(yàn)過程并能進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。2.了解實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)，會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行誤差分析。3.分析創(chuàng)新類實(shí)驗(yàn)的方案設(shè)計(jì)，并能進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和誤差分析?？键c(diǎn)1實(shí)驗(yàn)基本技能考點(diǎn)2實(shí)驗(yàn)的遷移、拓展和創(chuàng)新內(nèi)容索引溫馨提示:點(diǎn)擊標(biāo)題鏈接相關(guān)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)基本技能贏在微點(diǎn)物理大一輪考點(diǎn)11.實(shí)驗(yàn)原理。(1)控制變量法的應(yīng)用。①保持小車的質(zhì)量不變，研究加速度與____的關(guān)系。②保持小車所受合外力不變，研究加速度與__________的關(guān)系。(2)物理量的測(cè)量。①質(zhì)量的測(cè)量：用天平測(cè)量小車的質(zhì)量，為了改變小車的質(zhì)量，可以在小車中增減鉤碼的數(shù)量。②加速度的測(cè)量：將穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶固定在小車上，根據(jù)紙帶上打出的點(diǎn)來測(cè)量加速度。力小車質(zhì)量③力的測(cè)量：在長(zhǎng)木板上不帶滑輪的一端用薄木塊墊起，用小車重力沿斜面向下的分力平衡摩擦力。當(dāng)槽碼的質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量M時(shí)，槽碼的重力近似等于小車所受繩的拉力，且近似等于小車所受的合外力。2.實(shí)驗(yàn)器材。小車、鉤碼、槽碼、細(xì)繩、一端附有定滑輪的長(zhǎng)木板、墊木、________________、學(xué)生電源、導(dǎo)線、紙帶、天平、刻度尺、坐標(biāo)紙等。3.實(shí)驗(yàn)步驟。(1)用天平測(cè)量槽碼的質(zhì)量m和小車的質(zhì)量M。(2)根據(jù)設(shè)計(jì)要求安裝實(shí)驗(yàn)裝置，只是不把懸掛槽碼的細(xì)繩系在小車上。(3)在長(zhǎng)木板不帶滑輪的一端下面墊上一塊薄木塊，使小車能勻速下滑。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器

5.誤差分析。(1)因?qū)嶒?yàn)原理不完善引起誤差。(2)摩擦力平衡不準(zhǔn)確造成誤差。(3)質(zhì)量的測(cè)量誤差。6.注意事項(xiàng)。(1)平衡摩擦力：不要把懸掛槽碼的細(xì)繩系在小車上，讓小車連著紙帶勻速下滑。(2)質(zhì)量關(guān)系：槽碼質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量M。(3)平行：使細(xì)線與長(zhǎng)木板平行。(4)靠近：小車從靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的位置釋放。(5)先后：實(shí)驗(yàn)時(shí)先接通電源后釋放小車。

【典例1】圖甲是用來探究加速度和力之間關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置示意

圖，圖乙是其俯視圖。兩個(gè)相同的小車，放在比較光滑的水平板上(摩擦力很小，可以略去)，前端各系一條細(xì)繩，繩的另一端跨過定滑輪各掛一個(gè)小盤，盤里可放砝碼，兩個(gè)小車后端各系一條細(xì)線，細(xì)線用夾子固定。打開夾子，小盤和砝碼牽引小車運(yùn)動(dòng)，閉合夾子，兩小車同時(shí)停止運(yùn)動(dòng)，再用刻度尺測(cè)出兩小車通過的位移。為了探究加速度大小和力大小之間的關(guān)系，下列說法正確的是(

)A.使小盤和砝碼的總質(zhì)量盡可能等于小車的質(zhì)量B.若將小車放在粗糙水平板上，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果沒有影響C.兩小車的位移之比等于加速度之比D.可在兩小盤內(nèi)放置相同質(zhì)量的砝碼，在兩小車內(nèi)放置不同質(zhì)量的砝碼進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

解析【典例2】

(2024·甘肅卷)用圖甲所示實(shí)驗(yàn)裝置探究外力一定時(shí)加速度與質(zhì)量的關(guān)系。(1)以下操作正確的是_____(填選項(xiàng)字母)。

A.使小車質(zhì)量遠(yuǎn)小于槽碼質(zhì)量B.調(diào)整墊塊位置以補(bǔ)償阻力C.補(bǔ)償阻力時(shí)移去打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶D.釋放小車后立即打開打點(diǎn)計(jì)時(shí)器B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(yīng)使小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于槽碼質(zhì)量，A項(xiàng)錯(cuò)誤；為了保證小車所受細(xì)線拉力等于小車所受合力，則需要調(diào)整墊塊位置以補(bǔ)償阻力，也要保持細(xì)線和長(zhǎng)木板平行，B項(xiàng)正確；補(bǔ)償阻力時(shí)不能移去打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶，需要通過紙帶上點(diǎn)跡是否均勻來判斷小車是否做勻速運(yùn)動(dòng)，C項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)操作要求，應(yīng)先打開打點(diǎn)計(jì)時(shí)器再釋放小

車，D項(xiàng)錯(cuò)誤。解析(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(diǎn)紙帶。其中一條紙帶的計(jì)數(shù)點(diǎn)如圖乙所示，相鄰兩點(diǎn)之間的距離分別為s1、s2、…、s8，時(shí)間間隔均為T。下列加速度算式中，最優(yōu)的是_____(填選項(xiàng)字母)。

D

解析由圖可知，在所受外力一定的條件下，a與M成______(填“正比”或“反比”)；甲組所用的______(填“小車”“砝碼”或“槽碼”)質(zhì)量比乙組的更大。

反比槽碼

解析實(shí)驗(yàn)的遷移、拓展和創(chuàng)新贏在微點(diǎn)物理大一輪考點(diǎn)2考向1

實(shí)驗(yàn)器材創(chuàng)新【典例3】

(2024·江西卷)某小組探究物體加速度與其所受合外力的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)裝置如圖(a)所示，水平軌道上安裝兩個(gè)光電門，小車上固定一遮光片，細(xì)線一端與小車連接，另一端跨過定滑輪掛上鉤碼。(1)實(shí)驗(yàn)前調(diào)節(jié)軌道右端滑輪高度，使細(xì)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(cè)出不同鉤碼質(zhì)量m時(shí)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(xiàn)較小時(shí)，a與F成正比；F較大時(shí)，a與F不成正

比。為了進(jìn)一步探究，將小車的質(zhì)量增加至M2=470g，重復(fù)步驟(2)的測(cè)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_______。再將小車的質(zhì)量增加至M3=720g，重復(fù)步驟(2)的測(cè)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)。較大較小序號(hào)12345鉤碼所受重力F/(9.8N)0.0200.0400.0600.0800.100小車加速度a/(m·s-2)0.260.550.821.081.36

序號(hào)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。解析(5)請(qǐng)?jiān)趫D(b)中補(bǔ)充描出第6至8三個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，并補(bǔ)充完成圖線丙。在坐標(biāo)系中進(jìn)行描點(diǎn)，結(jié)合其他點(diǎn)用平滑的曲線擬合，使盡可能多的點(diǎn)在線上，不在線上的點(diǎn)均勻分布在線的兩側(cè)，如圖所

示。解析(6)根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果猜想和推斷：小車的質(zhì)量__________________時(shí)，a與F成正比。結(jié)合所學(xué)知識(shí)對(duì)上述推斷進(jìn)行解釋：__________________。

遠(yuǎn)大于鉤碼質(zhì)量解釋見解析

解析考向2

實(shí)驗(yàn)方案創(chuàng)新【典例4】

(2022·山東卷)在天宮課堂中，我國(guó)航天員演示了利用牛頓第二定律測(cè)量物體質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)。受此啟發(fā)，某同學(xué)利用氣墊導(dǎo)軌、力傳感器、無線加速度傳感器、輕彈簧和待測(cè)物體等器材設(shè)計(jì)了測(cè)量物體質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)，如圖甲所示。主要步驟如下：①將力傳感器固定在氣墊導(dǎo)軌左端支架上，加速度傳感器固定在滑塊上；②接通氣源，放上滑塊，調(diào)平氣墊導(dǎo)軌；③將彈簧左端連接力傳感器，右端連接滑塊。彈簧處于原長(zhǎng)時(shí)滑塊左端位于O點(diǎn)。A點(diǎn)到O點(diǎn)的距離為5.00cm，拉動(dòng)滑塊使其左端處于A點(diǎn)，由靜止釋放并開始計(jì)時(shí)；④計(jì)算機(jī)采集獲取數(shù)據(jù)，得到滑塊所受彈力F、加速度a隨時(shí)間t變化的圖像，部分圖像如圖乙所示?；卮鹨韵聠栴}(均保留2位有效數(shù)字)：(1)彈簧的勁度系數(shù)為______N/m。

12

解析(2)該同學(xué)從圖乙中提取某些時(shí)刻F與a的數(shù)據(jù)，畫出a-F圖像如圖丙中Ⅰ所示，由此可得滑塊與加速度傳感器的總質(zhì)量為________kg。

解析0.20(3)該同學(xué)在滑塊上增加待測(cè)物體，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟，在圖丙中畫出新的a-F圖像Ⅱ，則待測(cè)物體的質(zhì)量為________kg。

解析0.13考向3

實(shí)驗(yàn)?zāi)康母淖儭镜淅?】某同學(xué)使用如圖甲裝置測(cè)量木板和物塊(底面平整，上有凹槽)間的動(dòng)摩擦因數(shù)，已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所接電源的頻率為50Hz。實(shí)驗(yàn)步驟：①調(diào)整木板處于水平狀態(tài)，物塊凹槽內(nèi)放置兩個(gè)砝碼，保證物塊和砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)大于小吊盤和重物質(zhì)量之和；②測(cè)量小吊盤和重物總質(zhì)量m，按住物塊，把帶有重物的小吊盤掛在繞過定滑輪的繩子上；③接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源，釋放物塊，獲得帶有點(diǎn)跡的紙帶；④改變小吊盤中重物質(zhì)量，重復(fù)步驟②③；⑤選紙帶上清晰的部分，每5個(gè)間隔標(biāo)注一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，測(cè)量位移，如圖乙，求出與不同m相對(duì)應(yīng)的加速度a；⑥以m為縱坐標(biāo)，a為橫坐標(biāo)，在坐標(biāo)紙上作m-a關(guān)系圖線，如圖丙，測(cè)