专题05 探究加速度与物体受力、物体质量的关系-2023年高考物理实验题专项突破

专题05 探究加速度与物体受力、物体质量的关系 1.实验设计原理 本实验的实验装置图如图所示 (1)实验方法：控制变量法。 (2)实验条件：M>m。小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力。 (3)平衡摩擦力：适当垫高木板的右端，使小车的重力沿斜面方向的分力正好平衡小车和纸带受到的阻力。在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细绳系在小车上，让小车能够拉着穿过打点计时器的纸带匀速运动。 多次实验无需重复平衡摩擦力（用小车所受重力的分力平衡摩擦力，mgsinθ=μmgcosθ，与小车质量无关)。 2.实验步骤(阻力补偿法) (1)测量：用天平测量小盘和砝码的总质量m和小车的质量M。 (2)安装：按照实验装置图把实验器材安装好，暂时不要把悬挂小盘的细绳系在小车上（即不给小车牵引力）。 (3)平衡摩擦力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫上一薄木块，使小车在不挂砝码和小盘的情况下能匀速下滑。 (4)实验操作 ①将小盘通过细绳绕过定滑轮系在小车上，小车停在打点计时器处，先接通电源后释放小车，打出一条纸带，取下纸带，并计算出小盘和砝码的总重力，即小车所受的合外力。 ②保持小车的质量M不变，改变砝码和小盘的总质量m，重复步骤①。③在每条纸带上选取一段比较理想的部分，测加速度a。 ④描点作图，作a-F图像。 ⑤保持砝码和小盘的总质量m不变，改变小车质量M，重复步骤①和③，作图像。 3.实验数据处理 (1)利用及逐差法求a。 (2)以a为纵坐标，F为横坐标，根据各组数据的点，作出a-F图像，图像是一条过原点的直线，说明a与F成正比。 (3)以a为纵坐标，为横坐标，描点、连线，如果该线为过原点的直线，就能判定a与M成反比。 典例1：（2021·湖南·高考真题）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，示数如图（b）所示，___________； （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，记录垫块个数和滑块对应的加速度； （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： 1 2 3 4 5 6 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___________（保留三位有效数字）。 典例2：（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）该同学从图乙中提取某些时刻F与a的数据，画出a—F图像如图丙中I所示，由此可得滑块与加速度传感器的总质量为________kg。 （3）该同学在滑块上增加待测物体，重复上述实验步骤，在图丙中画出新的a—F图像Ⅱ，则待测物体的质量为________kg。 1．（2022·浙江·模拟预测）（1）在下列学生实验中，需要平衡摩擦力的实验有______（填字母） A．“探究小车速度随时间变化的规律” B．“探究加速度与力、质量的关系” C．“研究平抛运动” D．“验证机械能守恒定律” （2）利用下图探究“加速度与力、质量的关系”实验装置图，请回答下列问题： ①为了探究“加速度与力、质量之间的关系”，需要用到的方法是_________（选填“控制变量法”或“理想实验法”）。 ②实验过程中，为了平衡小车运动中受到的阻力。在不挂砝码盘的情况下，应该采用下面所述的方法_______（选填“A”、“B”或“C”）。 A．逐步调节木板的倾斜程度，使静止的小车开始运动 B．逐步调节木板的倾斜程度，使小车在木板上保持静止 C．逐步调节木板的倾斜程度，使小车后面的纸带上所打的点间隔均匀 （3）某次实验中获得的小车上纸带的点的分布如下，已知相邻两个计数点中还有四个点未画出，则该小车运动过程中的加速度为________ 2．（2022·广东·顺德一中模拟预测）用如图甲所示的实验装置来验证牛顿