第五讲 探究加速度与物体受力、物体质量的关系-2023年高三物理一轮复习精讲精练

第五讲 探究加速度与物体受力、物体质量的关系 · 知识梳理 1.实验原理 (1)保持质量不变，探究加速度跟合外力的关系． (2)保持合外力不变，探究加速度与质量的关系． (3)作出a－F图像和a－图像，确定a与F、m的关系． 2.实验器材 小车、槽码、细绳、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、学生电源、导线、纸带、天平、刻度尺、坐标纸． 3.实验过程 (1)测量：用天平测量槽码的质量m′和小车的质量m. (2)安装：按照如图所示装置把实验器材安装好． (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，使小车能匀速下滑． (4)操作：①槽码通过细绳绕过定滑轮系于小车上，先接通电源后放开小车，断开电源，取下纸带，编号码． ②保持小车的质量m不变，改变槽码的质量m′，重复步骤①. ③在每条纸带上选取一段比较理想的部分，计算加速度a. ④描点作图，作a－F的图像． ⑤保持槽码的质量m′不变，改变小车质量m，重复步骤①和③，作a－图像． 4.数据处理 (1)利用逐差法或v－t图像法求a. (2)以a为纵坐标，F为横坐标，描点、画线，如果该线为过原点的直线，说明a与F成正比． (3)以a为纵坐标，为横坐标，描点、画线，如果该线为过原点的直线，就能判定a与m成反比． 5.注意事项 (1)平衡摩擦力时：纸带上的点间隔均匀表示小车做匀速运动． (2)实验必须保证的条件：m≫m′. (3)一先一后一按：改变拉力或小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，后释放小车，且应在小车到达滑轮前按住小车． 6.误差分析 (1)实验原理不完善：本实验用槽码的总重力m′g代替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于槽码的总重力． (2)平衡摩擦力不准确、质量测量不准确、计数点间距离测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差． · 知识训练 考点一、教材原型实验 例1、“探究加速度与力的关系”的实验装置如图甲所示。 (1)实验的五个步骤如下： a．将纸带穿过打点计时器并将一端固定在小车上； b．把细线的一端固定在小车上，另一端通过定滑轮与小桶相连； c．平衡摩擦力，让小车做匀速直线运动； d．接通电源后释放小车，小车在细线拉动下运动，测出小桶(和沙)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； e．更换纸带，改变小桶内沙的质量，重复步骤d的操作。 按照实验原理，这五个步骤的先后顺序应该为：________(将序号排序)。 (2)实验中打出的某一条纸带如图乙所示。相邻计数点间的时间间隔是0.1 s，由此可以算出小车运动的加速度是________ m/s2。 (3)利用测得的数据，可得到小车质量M一定时，运动的加速度a和所受拉力F(F＝mg，m为沙和小桶的总质量，g为重力加速度)的关系图象如图丙所示。拉力F较大时，a­F图线明显弯曲，产生误差。若不断增加沙桶中沙的质量，a­F图象中各点连成的曲线将不断延伸，那么加速度a的趋向值为________(用题中出现物理量表示)。为避免上述误差可采取的措施是________。 A．每次增加桶内沙子的质量时，增幅小一点 B．测小车的加速度时，利用速度传感器代替纸带和打点计时器 C．将无线力传感器捆绑在小车上，再将细线连在力传感器上，用力传感器读数代替小车所受拉力 D．在增加桶内沙子质量的同时，在小车上增加砝码，确保沙和小桶的总质量始终远小于小车和砝码的总质量 【答案】(1)acbde　(2)1.46　(3)g　C 【解析】(1)按照实验原理，题中五个步骤的先后顺序应该为：acbde。 (2)根据Δx＝aT2可知a＝ m/s2＝1.46 m/s2。 (3)实际小车所受拉力F实＜mg，对小车有F实＝Ma，对沙和小桶有mg－F实＝ma，联立得a＝＝，当m远大于M时，a≈g。上述误差是由细线拉力测量不准确造成的，与m增加的快慢和a的测量无关，故A、B错误，C正确；D项没有保证小车质量一定，故D错误。 · 课堂随练 训练1、用如图所示的装置验证牛顿第二定律． (1)除了图中所给器材以及交流电源和导线外，在下列器材中，还必须使用的两种器材是________(选填正确选项的字母)． A．秒表 B．天平(含砝码) C．弹簧测力计 D．刻度尺 (2)实验前补偿阻力的做法是：把实验器材安装好，先不挂重物，将小车放在木板上，后面固定一条纸带，纸带穿过打点计时器．用垫块把木板一端垫高，接通打点计时器，让小车以一定初速度沿木板向下运动，并不断调节木板的倾斜度，直到小车拖动纸带沿木板做________运动． (3)为使砂桶和砂的总重力在数值上近似等于小车运动时受到的拉力，需满足的条件是砂桶及砂的总质量________小车的总质量．(选填“远大于”“远小于”或“近似等于”) (