第3章 实验4 探究加速度与物体受力、物体质量的关系(教参)-【名师导航】2024年高考物理一轮总复习(新教材新高考)广东专版

　探究加速度与物体受力、物体质量的关系 教材原型实验　 1．在“验证牛顿运动定律”实验中，采用如图所示的装置进行实验。 (1)对小车进行“平衡摩擦力”操作时，下列必须进行的是________(填字母序号，多选)。 A．取下沙和沙桶 B．在空沙桶的牵引下，轻推一下小车，小车能做匀速直线运动 C．小车拖着穿过打点计时器的纸带做匀速运动时，打点计时器的电源应断开 D．把长木板没有定滑轮的一端垫起适当高度 (2)实验中，已经测出小车的质量为M，沙和沙桶的总质量为m，若要将沙和沙桶的总重力大小作为小车所受拉力F的大小，这样做的前提条件是________。 (3)在实验操作中，下列说法正确的是______(多选)。 A．求小车运动的加速度时，可用天平测出沙和沙桶的质量M′和m′，以及小车质量M，直接用公式a＝g求出 B．实验时，应先接通打点计时器的电源，再释放小车 C．每改变一次小车的质量，都需要改变垫入的小木块的厚度 D．先保持小车质量不变，研究加速度与力的关系；再保持小车受力不变，研究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度与力、质量的关系 [解析]　(1)平衡摩擦力是使小车所受重力沿木板方向的分力与小车所受摩擦力平衡，故A、D项正确，B项错误；为确定小车是否做匀速运动，需要通过纸带上点迹是否均匀来判断，故C项错误。 (2)根据牛顿第二定律得mg＝(M＋m)a，解得 a＝，则绳子的拉力F＝Ma＝＝， 可知当沙和沙桶的总质量远小于小车质量时，小车所受的拉力大小等于沙和沙桶的总重力，所以应满足的条件是沙和沙桶的总质量远小于小车的质量。 (3)本实验是“验证牛顿运动定律”，所以不能把牛顿第二定律当成已知的公式来使用，故A错误；使用打点计时器时，应该先接通电源，后释放小车，故B正确；平衡摩擦力后有μ＝tan θ，小车质量改变时，总满足mgsin θ＝μmgcos θ，与小车质量无关，所以不用再次平衡摩擦力，故C错误；本实验采用控制变量法，故D正确。 [答案]　(1)AD　(2)沙和沙桶的总质量远小于小车的质量　(3)BD 2．(2022·广东云浮检测)某组同学设计了“探究加速度a与物体所受合力F及质量m的关系”的实验。图甲为实验装置简图，A为小车，B为电火花计时器，C为装有细沙的小桶，D为一端带有定滑轮的长方形木板，实验中认为细绳对小车的拉力F等于细沙和小桶的总重力，小车运动的加速度a可用纸带上打出的点求得。 甲 乙 (1)图乙为某次实验得到的纸带，已知实验所用电源的频率为50 Hz。根据纸带可求出电火花计时器打B点时的速度为______ m/s，小车的加速度大小为______ m/s2。(结果均保留两位有效数字) (2)在“探究加速度a与质量m的关系”时，某同学按照自己的方案将实验数据在坐标系中进行了标注，但尚未完成图像(如图丙所示)。请继续帮助该同学作出坐标系中的图像。 　丙　　　　　　　　　　丁 (3)在“探究加速度a与合力F的关系”时，该同学根据实验数据作出了加速度a与合力F的图线如图丁，该图线不通过坐标原点，试分析图线不通过坐标原点的原因。 _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ [解析]　(1)AC这段位移的平均速度等于AC这段时间中间时刻的瞬时速度，即B点的瞬时速度，故 vB＝＝ m/s≈1.6 m/s。 由逐差法求解小车的加速度 a＝ ＝ m/s2≈3.2 m/s2。 (2)将坐标系中各点连成一条直线，连线时应使直线过尽可能多的点，不在直线上的点应大致对称地分布在直线的两侧，离直线较远的点应视为错误数据，不予考虑，连线如图所示： (3)图线与横轴有截距，说明实验前没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够。 [答案]　(1)1.6　3.2　(2)见解析图　(3)实验前没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够 3．(2023·广东实验中学模拟)某实验小组利用如图1所示的装置“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”。 图1 (1)实验中除了需要小车、砝码、托盘、细绳、附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、低压交流电源、两根导线、复写纸、纸带之外，还需要______、______。 (2)某同学以小车和车上砝码的总质量的倒数为横坐标，小车的加速度a为纵坐标，在坐标纸上作出的a­关系图线如图2所示。由图可分析得出：加速度与质量成________关系(选填“正比”或“反比”)；图线不过原点说明实验有误差，引起这一误差的主要原因是平衡摩擦力时长木板的倾角________(选填“过大”或“过小”)。 图2　　　　　　　　　图3 (3)有一组同学保