(配套教参)实验特训4 探究加速度与力、质量的关系-【精彩三年·高考尖峰】2024高考总复习物理一轮复习基础拓展训练教师用书word+课件PPT（浙江专用）

实验特训4　探究加速度与力、质量的关系 (见学生用书P381) 1．为探究“物体加速度a与外力F和物体质量M的关系”，研究小组的同学们在教材提供案例的基础上又设计了不同的方案，如图所示。方案甲中，在小车前端固定了力传感器与细线相连，可以从传感器直接读出细线拉力；方案乙中，拉动小车的细线通过滑轮与弹簧测力计相连，从弹簧测力计示数可读出细线拉力；方案丙中，用带有光电门的气垫导轨和滑块代替木板和小车，三种方案均以质量为m的槽码作为动力。 (1)关于上述不同实验方案的操作，下列说法正确的是__AB__(多选)。 A．各方案都需要使拉动小车(滑块)的细线与轨道平行 B．在探究“加速度与质量的关系”的时候，需要保证槽码的质量不变 C．甲、乙两方案在计算加速度时必须将纸带上打的第一个点作为计数点进行测量 D．各方案通过作出a——M图像即可得出加速度与质量的关系 (2)这些方案中，需要满足M≫m的是__丙__；必须倾斜轨道以平衡摩擦力的是__甲、乙__。 (3)一次实验记录小车运动情况的纸带如图丁所示，图中A、B、C、D、E、F、G为相邻的计数点，两个计数点间还有四个点未画出，小车运动的加速度大小为__0.50__m/s2。(结果保留两位有效数字) 【解析】 (1)各方案都需要使拉动小车(滑块)的细线与轨道平行，A正确；在探究“加速度与质量的关系”的时候，需要保证牵引力不变，即要使槽码的质量不变，B正确；甲、乙两方案在计算加速度时不一定要将纸带上打的第一个点作为计数点进行测量，C错误；各方案通过作出a——图像即可得出加速度与质量的关系，D错误。 (2)这些方案中，甲方案中有力传感器测量拉力；乙方案中有弹簧测力计测量拉力，则甲、乙两方案不需要满足M≫m；但是丙方案需要满足M≫m的条件。丙方案中有气垫导轨，则不需要平衡摩擦力，但是甲、乙两方案中必须倾斜轨道以平衡摩擦力。 (3)小车运动的加速度大小a＝＝ m/s2＝0.50 m/s2。 2．2023·义乌中学模拟用下图所示装置研究加速度a与物体受力F的关系。质量为M的小车通过细绳和动滑轮与力传感器相连，动滑轮下悬挂钩码。固定在小车上的挡光片宽度为d，两个相距为L的光电门传感器固定在轨道上。 (1)实验时需保持__小车的质量M__不变；改变条件重新测量时，小车的初始位置__不需要__(填“需要”或“不需要”)保持不变。 (2)某次实验时测得小车经过两个光电门的挡光时间分别为t1、t2，则小车加速度大小的表达式为a＝____。 (3)若仅用一个光电门测量小车运动的加速度，将小车从距光电门L处由静止释放，测得挡光时间Δt，记录力传感器的示数F。多次改变动滑轮下悬挂的钩码个数，重复实验，测得多组Δt和F，并记录数据。在——F图像中得到一条过原点的倾斜直线，则该直线的函数关系式为__＝F__。 (4)本实验采用力传感器测量外力F，代替了用钩码重力作为小车外力F的传统做法，试分析这样改进的理由：__见解析__。 【解析】 (1)实验时需保持小车的质量M不变；改变条件重新测量时，小车的初始位置不需要保持不变。 (2)小车经过两个光电门时的速度分别为v1＝、v2＝，根据v－v＝2aL，可得加速度a＝。 (3)小车经过光电门时的速度v＝，根据v2＝2aL，且F＝Ma，可得＝F。 (4)若用钩码的重力作为小车的牵引力，必须要满足钩码的质量远小于小车的质量，此时钩码的重力才近似等于小车的牵引力；若采用力传感器测量外力F，可准确地得到小车的牵引力，从而减小实验的误差。 3．2023·学军中学模拟用图甲所示的装置“探究加速度与力、质量的关系”，带定滑轮的长木板水平放置，弹簧测力计固定在墙上。小车上固定一定滑轮，细绳通过滑轮连接弹簧测力计和沙桶。 甲 (1)实验时，一定要满足的条件或必要的操作是__A__。 A．平衡摩擦力 B．小车的质量远大于沙桶和沙的质量 (2)在实验中，有同学得到一条打点的纸带，取打点清晰部分做如下标记，如图乙所示，已知相邻计数点间还有4个点未画出，打点计时器的电源频率为50 Hz，则小车加速度的大小a＝__1.86__m/s2。(结果保留三位有效数字) 　　　　乙　　　　　　　　　　　　　　丙 (3)在验证加速度与质量的关系时，在满足实验要求的情况下，改变小车上砝码质量m，测出对应的加速度a，以m为横坐标，以为纵坐标，在坐标纸上作出图丙所示的图像。已知弹簧测力计的读数为F，图中纵轴的截距为b，则小车的质量为__2Fb__。 【解析】 (1)用题图甲所示的装置探究加速度与力、质量的关系时，必要的操作是要平衡摩擦力，由于绳子的拉力可以通过弹簧测力计读出，故不需要一定要满足小车的质量远大于沙桶和沙的质量。故选A。 (2)小车加速度的大小a＝×10-2 m/s2≈1.86 m/s2。 (3)根据牛顿第二定