考点14 探究加速度与力、质量的关系-备战2024年高考物理一轮复习考点帮（全国通用）

考点14 探究加速度与力、质量的关系 （核心考点精讲精练） 1. 5年真题考点分布 实验：探究加速度与力、质量的关系 2022·山东卷·T13 2021·北京卷·T15 2021·湖南卷·T11 2020·北京卷·T15 2020·浙江7月选考·T17(1) 2. 命题规律及备考策略 【命题规律】近几年高考主要考查：验证牛顿第二定律实验原理、实验步骤及数据处理 【备考策略】 1.理解实验的原理，明确实验过程并能进行数据处理. 2.了解实验的注意事项，会对实验进行误差分析. 3.能用创新改进后的方案进行实验． 【命题预测】 注意这个实验实验创新设计，与实际相给合。 1．实验目的 (1)学会应用控制变量法研究物理规律。 (2)探究加速度与力、质量的关系。 (3)掌握利用图像处理数据的方法。 2．实验原理 (1)控制变量法 ①保持质量不变，探究加速度与合力的关系。 ②保持合力不变，探究加速度与质量的关系。 (2)求加速度 由纸带根据公式a＝利用逐差法计算加速度。 3．实验器材 小车、砝码、槽码、细绳、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、交流电源、导线两根、纸带、天平、刻度尺。 4．实验步骤 (1)质量的测量：用天平测量小车的质量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(即不给小车施加牵引力)。 (3)用阻力补偿法测合力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫上垫木，反复移动垫木位置使小车能匀速下滑。 (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，改变槽码个数，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的图像。 ⑤保持槽码个数不变，在小车中增加砝码改变小车质量m，重复步骤①和③，作a -图像。 1．数据处理 (1)利用Δx＝aT2及逐差法求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。 2．注意事项 (1)用阻力补偿法测合力：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平衡小车和纸带受到的阻力。在用阻力补偿法测合力时，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)不用重复用阻力补偿法测合力。 (3)实验条件：槽码质量应远小于小车质量。 (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，且应在小车到达定滑轮前按住小车。 3．误差分析 (1)实验原理不完善：本实验用槽码的重力代替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于槽码的重力。 (2)用阻力补偿法测合力不准确、质量测量不准确、计数点间距测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差。 考向1 教材原型实验 误差分析 （1）a－F图像 图像解析式为a＝·mg。可见直线斜率为。 若M为定值，则随着m的增大，此斜率会减小。 ①若出现图像向下弯曲则说明不满足m远小于M。 ②mg＝0时，小车具有非零的加速度a，即出现纵轴截距，则说明平衡摩擦力过度。 ③当mg增大到某值时，小车才具有非零的加速度a，即出现横轴截距，则说明平衡摩擦力不足或没有平衡摩擦力。 （2）a－图像：图像解析式为a＝·。可见直线斜率为。若m为定值，则随着M的减小，此斜率会减小。 ①若出现图像向下弯曲，则说明M不再远大于m。 ②M无限增大时，小车具有非零的加速度a，若出现纵轴截距则说明平衡摩擦力过度。 ③当M减小到某值时，小车才具有非零的加速度a，若出现横轴截距则说明平衡摩擦力不足或没有平衡摩擦力。 （2021·北京·高考真题）物理实验一般都涉及实验目的、实验原理、实验仪器、实验方法、实验操作、数据分析等。例如： （1）实验仪器。用游标卡尺测某金属管的内径，示数如图1所示。则该金属管的内径为 mm。 （2）数据分析。打点计时器在随物体做匀变速直线运动的纸带上打点，其中一部分如图2所示，B、C、D为纸带上标出的连续3个计数点，相邻计数点之间还有4个计时点没有标出。打点计时器接在频率为50Hz的交流电源上。则打C点时，纸带运动的速度vC = m/s（结果保留小数点后两位）。 （3）实验原理。图3为“探究加速度与力的关系”的实验装置示意图。认为桶和砂所受的重力等于使小车做匀加速直线运动的合力。实验中平衡了摩擦力后，要求桶和砂的总质量m比小车质量M小得多。请分析说明这个要求的理由。( ) （2023·新疆阿勒泰·统考三模）某实验小组利用如图甲所示的实验装置探究物体的加速度与所受合外力的