专题实验4　探究加速度与物体受力、物体质量的关系-备战2023年高考物理实验专题突破

备战2023年高考物理实验专题突破 实验04 探究加速度与物体受力、物体质量的关系 思维突破 基本突破 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，只是不把悬挂槽码的细绳系在小车上(即不给小车牵引力)． (3)补偿阻力：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)开始实验前首先补偿阻力：适当垫高木板不带定滑轮的一端，使小车的重力沿斜面方向的分力正好补偿小车和纸带受到的阻力．在补偿阻力时，不要把悬挂槽码的细绳系在小车上，让小车拉着穿过打点计时器的纸带匀速运动． (2)实验过程中不用重复补偿阻力． (3)实验必须保证的条件：m≫m′. (4)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)补偿阻力不准确、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． 原型突破 重点讲析 原理装置图 探究方法——控制变量法 操作要领 (1)平衡：用阻力补偿法平衡摩擦力(改变小车或槽码质量，无需重新平衡摩擦力)。 (2)质量：槽码的质量远小于小车质量(若使用力传感器，或以小车与槽码的系统为研究对象无需满足此要求)。 (3)要测量的物理量 ①小车与其上砝码的总质量(用天平测量)。 ②小车受到的拉力(约等于槽码的重力)。 ③小车的加速度(根据纸带用逐差法或根据光电门数据计算加速度)。 (4)其他：细绳与长木板平行；小车从靠近打点计时器的位置释放，在到达定滑轮前按住小车，实验时先接通电源，后释放小车。 创新突破 重点讲析 实验装置图 创新/改进点 (1)实验方案的改进：系统总质量不变化，改变拉力得到若干组数据 (2)用传感器记录小车的时间t与位移x，直接绘制x－t图像 (3)利用牛顿第二定律求解实验中的某些参量，确定某些规律 (1)用传感器与计算机相连，直接得出小车的加速度 (2)图像法处理数据时，用钩码的质量m代替合力F，即用a－m图像代替a－F图像 (1)用光电门代替打点计时器，遮光条结合光电门测得物块的初速度和末速度，由运动学公式求出加速度 (2)结合牛顿第二定律，该装置可以测出动摩擦因数 弹簧测力计测量小车所受的拉力，钩码的质量不需要远小于小车质量，更无须测钩码的质量 (1)气垫导轨代替长木板，无须平衡摩擦力 (2)力传感器测量滑块所受的拉力，钩码的质量不需要远小于滑块质量，更无须测钩码的质量 (3)用光电门代替打点计时器，遮光条结合光电门测得滑块的末速度，由刻度尺读出遮光条中心初始位置与光电门之间的距离，由运动学公式求出加速度 真题突破 重点讲析 1．（2022·山东·高考真题）在天宫课堂中、我国航天员演示了利用牛顿第二定律测量物体质量的实验。受此启发。某同学利用气垫导轨、力传感器、无线加速度传感器、轻弹簧和待测物体等器材设计了测量物体质量的实验，如图甲所示。主要步骤如下： ①将力传感器固定在气垫导轨左端支架上，加速度传感器固定在滑块上； ②接通气源。放上滑块。调平气垫导轨； ③将弹簧左端连接力传感器，右端连接滑块。弹簧处于原长时滑块左端位于O点。A点到O点的距离为5.00cm，拉动滑块使其左端处于A点，由静止释放并开始计时； ④计算机采集获取数据，得到滑块所受弹力F、加速度a随时间t变化的图像，部分图像如图乙所示。 回答以下问题（结果均保留两位有效数字）： （1）弹簧的劲度系数为_____N/m。 （2）该同学从图