专题20 实验：探究加速度与力和质量的关系 -2022年高三毕业班物理常考点归纳与变式演练

专题20 实验：探究加速度与力和质量的关系 专题导航 目录 常考点 实验原理、操作、数据处理以及实验拓展与创新 1 考点拓展练习 8 常考点归纳 常考点 实验原理、操作、数据处理以及实验拓展与创新 【典例1】 某实验小组利用如图1所示的装置探究加速度与力、质量的关系。 （1）下列做法正确的是 　 　（填字母代号）。 A．调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行 B．在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上 C．实验时，先放开木块再接通打点计时器的电源 D．通过增减木块上的砝码改变质量时，需要重新调节木板倾斜度 （2）为使砝码桶及桶内砝码的总重力在数值上近似等于木块运动时受到的拉力，应满足的条件是砝码桶及桶内砝码的总质量 　 　木块和木块上砝码的总质量（选填“远大于”“远小于”或“近似等于”）。 （3）甲、乙两同学在同一实验室，各取一套图1示的装置放在水平桌面上，木块上均不放砝码，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，分别得到图中甲、乙两条直线。设甲、乙用的木块质量分别为m甲、m乙，甲、乙用的木块与木板间的动摩擦因数分别为μ甲、μ乙，由图2可知，m甲　 　m乙，μ甲　 　μ乙。（选填“大于”“小于”或“等于”） （4）实验时改变所挂钩码的质量，分别测量木块在不同外力作用下的加速度。根据测得的多组数据画出aF关系图3像，如图3所示。此图像的AB段明显偏离直线，造成此现象的主要原因可能是 　 　。（选填下列选项的序号） A．小车与平面轨道之间存在摩擦 B．平面轨道倾斜角度过大 C．所挂钩码的总质量过大 D．所用小车的质量过大 【解析】（1）A、调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行，否则拉力不会等于合力，故A正确； B、在调节模板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，不应悬挂“砝码桶”，故B错误； C、打点计时器要“早来晚走”，即实验开始时先接通打点计时器的电源，待其平稳工作后再释放木块，而当实验结束时应先控制木块停下再停止打点计时器，故C错误； D、平衡摩擦力后，有mgsinθ＝μmgcosθ即μ＝tanθ与质量无关，故通过增减木块上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度，故D错误。 （2）按照教材上的理论若以砝码桶及砝码作为小木块的合外力，则有a＝， 而实际实验过程中砝码桶及砝码也与小木块一起做匀加速运动，即对砝码桶及砝码有：mg﹣T＝ma， 对小木块有：T＝Ma， 综上有：小物块的实际的加速度为a＝＜，只有当m＜＜M时，才能有效的保证实验的准确性。 （3）当没有平衡摩擦力时有F﹣f＝ma，故：a＝F﹣μg，即图线斜率为，纵轴截距的大小为ug， 观察图线可知m甲＜m乙，则μ甲＞μ乙。 （4） 随着力F的增大，即砝码和小盘总质量的增大，不再满足砝码和小盘的质量远小于小车的质量，因此曲线上部出现弯曲现象，故C正确。 【典例2】 某实验小组利用图（a）所示装置探究加速度与物体所受合外力的关系。主要实验步骤如下： （1）用游标卡尺测量垫块厚度h，示数如图（b）所示，h＝　 　cm； （2）接通气泵，将滑块轻放在气垫导轨上，调节导轨至水平； （3）在右支点下放一垫块，改变气垫导轨的倾斜角度； （4）在气垫导轨合适位置释放滑块，记录垫块个数n和滑块对应的加速度a； （5）在右支点下增加垫块个数（垫块完全相同），重复步骤（4），记录数据如下表： n 1 2 3 4 5 6 （a/m•s﹣2） 0.087 0.180 0.260 0.425 0.519 根据表中数据在图（c）上描点，绘制图线。 如果表中缺少的第4组数据是正确的，其应该是　 　m/s2（保留三位有效数字）。 【解析】（1）游标卡尺的精度为0.1mm，游标卡尺的示数为主尺与游标尺的示数之和，所以h＝10mm+2×0.1mm＝10.2mm＝1.02cm； （2）由表中的数据在坐标系中先描点，再过这些点画一条直线，如图所示。 根据实验过程知，在已经调水平后，放n个垫块的加速度a＝gsinθ＝＝，结合绘制的a﹣n图象可求得图角的斜率k＝＝0.0862m/s2，那么当n＝4时，a4＝4k＝4×0.0862m/s2＝0.345m/s2。 【技巧点拨】 一　实验原理与操作 本实验的难点是测量小车的合力，实验通过两个“替代”关系测量小车的合力，使小车合力的测量转化为对悬挂物重力的测量． 1．平衡摩擦力——用小车所受的拉力替代合力 小车受力为重力、拉力、阻力、支持力，平衡摩擦力后，使重力、阻力和支持力的合力为零，则小车所受的拉力等于小车的合力． 2．小车质量(M)远大于悬挂物质量(m)——用悬挂物重力替代小车所受的拉力 由牛顿第二定律：系统加速度a＝g， 小车所受的拉力F＝