第3章 实验4 探究加速度与力、质量的关系（课件PPT）-【优化指导】2025年高考物理一轮复习高中总复习·第1轮（人教多选版）

第三章　运动和力的关系 实验4　探究加速度与力、质量的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 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3．条件：槽码质量m远小于小车质量M。 [典例1] (2024·广西高考适应性测试)某同学进行“探究加速度与力、质量的关系”的实验，实验装置如图所示： (1)实验用到的打点计时器是用来记录_______________和____________的仪器； (2)在进行实验时，该同学将长木板不带滑轮的一端垫高，使得小车在不受牵引时能拖动纸带沿长木板做________________运动，该操作的目的是补偿阻力； (3)当槽码的质量m和小车的质量M大小关系满足________时，可以认为小车所受的拉力大小与槽码所受的重力大小相等。 解析：(1)实验用到的打点计时器是用来记录时间和距离的仪器。 (2)在进行实验时，该同学将长木板不带滑轮的一端垫高，使得小车在不受牵引时能拖动纸带沿长木板做匀速直线运动，该操作的目的是补偿阻力，平衡摩擦力。 (3)对整体根据牛顿第二定律可得加速度为a＝ eq \f(mg,M＋m) 故可得绳子中拉力为F＝Ma＝ eq \f(Mmg,M＋m) ＝ eq \f(mg,1＋\f(m,M)) 故当槽码的质量m和小车的质量M大小关系满足m≪M时，可以认为小车所受的拉力大小与槽码所受的重力大小相等。 答案：(1)时间　距离　(2)匀速直线　(3)m≪M 角度2　数据处理及误差分析 1．摩擦力平衡不准确引起的系统误差 INCLUDEPICTURE "2025版优化指导.高考总复习.第1轮.物理（配人教多选版）教用/ylwle1120.tif" \* MERGEFORMAT 甲　　 乙 (1)没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足时，可能会出现图甲所示的情况； (2)当木板倾角过大时，即平衡摩擦力过度时，可能会出现图乙所示的情况。 2．实验原理不完善引起的系统误差 (1)本实验用小盘和槽码的总重力m′g代替小车所受的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力。 (2)图丙中，因为F＝mg，当m增大到不满足M≫m时，实验会出现较大误差，图线发生弯曲； 图丁中， eq \f(1,M) 逐渐增大，M逐渐减小，当M减小到不满足M≫m时，实验会出现较大误差，图线发生弯曲。 INCLUDEPICTURE "2025版优化指导.高考总复习.第1轮.物理（配人教多选版）教用/ylwle1122.tif" \* MERGEFORMAT 丙　 　丁 [典例2] (2024·河南洛阳模拟)某实验小组利用如图甲所示的装置探究物体的加速度与力的关系，调整木板的倾角平衡摩擦阻力后，挂上小桶，带动小车运动并打出纸带。 (1)实验中打出的一条纸带如图乙所示。相邻计数点间的时间间隔是0.10 s，由此可以算出小车运动的加速度是________m/s2(保留3位有效数字)。 (2)利用测得的数据，可得到小车质量M一定时，小车运动的加速度a和所受拉力F的关系图像如图丙所示(F＝mg，m为砂和小桶的总质量，g为重力加速度)。拉力F较大时，aF图线明显弯曲，产生误差。若不断增加小桶中砂的质量，aF图像中各点连成的曲线将不断延伸，那么加速度a的趋向值为________(用题中出现的物理量符号表示)。为了减少上述误差，可采取的有效措施是________(填字母序号)。 A．测小车的加速度时，利用速度传感器代替纸带和打点计时器 B．将无线力传感器捆绑在小车上，再将细线连在力传感器上，用力传感器读数代替砂和小桶的重力 解析：(1)小车运动的加速度为a＝ eq \f(8.62－4.24,3×0.12) ×10－2 m/s2＝1.46 m/s2。 (2)若不断增加小桶中砂的质量，aF图像中各点连成的曲线将不断延伸，当重物质量无限大时，重物将近似做自由落体运动，所以加速度a的趋向值为g；通过加入力传感器，将小车受到的实际拉力测出来，可以避免用重物的重力代替细线拉力带来的误差，B正确。 答案：(1)1.46　(2)g　B 命题点二　实验的拓展与创新 角度1　实验器材、数据获取上的创新 [典例3] (2021·湖南卷)某实验小组利用图甲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h，示数如图乙所示，则h＝________cm； (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)在气垫导轨的合适位置释放滑块，记录垫块个数n和滑块对应的加速度a； (5)在右支点下增加垫块个数(垫块完全相同)，重复步骤(4)，记录数据如下表所示。 根据表中数据在图丙上描点，绘制图线。 如果表中缺少的第4组数据是正确的，其应该是________m/s2(保留3位有效数字)。 解析：(1)垫块的厚度为h＝1 cm＋2×0.1 mm＝1.02 cm。 (5)图线如图所示。 根据mg· eq \f(nh,l) ＝ma可知，a与n成正比关系，则图像斜率k＝ eq \f(0.6,7) ＝ eq \f(a,4) ，解得a≈0.343 m/s2。 答案：(1)1.02　(5)见解析图　0.343 角度2　实验思路、实验目的上的创新 [典例4] (2022·山东卷)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5.00 cm，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(均保留2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aF图像Ⅱ，则待测物体的质量为________kg。 解析：(1)弹簧处于原长时滑块左端位于O点，A点到O点的距离为5.00 cm。拉动滑块使其左端处于A点，由静止释放并开始计时。结合题图乙的Ft图像有＝5.00 cm，F＝0.610 N，根据胡克定律k＝ eq \f(F,Δx) ，计算出k≈12 N/m。 (2)根据牛顿第二定律有F ＝ma，则aF图像的斜率为滑块与加速度传感器的总质量的倒数，根据题图丙中Ⅰ，则有 eq \f(1,m) ＝ eq \f(3－0,0.6) kg－1＝5 kg－1，则滑块与加速度传感器的总质量为m＝0.20 kg。 (3)在滑块上增加待测物体，同理，根据题图丙中Ⅱ，则有 eq \f(1,m′) ＝ eq \f(1.5－0,0.5) kg－1＝3 kg－1，则滑块、待测物体与加速度传感器的总质量为m′≈0.33 kg，则待测物体的质量为＝m′－m＝0.13 kg。 答案：(1)12　(2)0.20　(3)0.13 1．(2022·浙江6月选考)(1)“探究小车速度随时间变化的规律”的实验装置如图甲所示，长木板水平放置，细绳与长木板平行。图乙是打出纸带的一部分，以计数点O为位移测量起点和计时起点，则打计数点B时小车位移大小为______cm。由图丙中小车运动的数据点，求得加速度为______m/s2(保留2位有效数字)。 (2)利用图甲装置做“探究加速度与力、质量的关系”的实验，需进行的操作是______。 A．换成质量更小的小车 B．调整长木板的倾斜程度 C．把钩码更换成砝码盘和砝码 D．改变连接小车的细绳与长木板的夹角 解析：(1)打计数点B时小车位移大小为6.20 cm；由题图丙中小车运动的数据点，有a＝ eq \f(Δv,Δt) ＝ eq \f(1.23－0.30,0.50) m/s2≈1.9 m/s2。 (2)利用题图甲装置做“探究加速度与力、质量的关系”的实验时，需要满足小车质量远远大于钩码质量，所以不需要换质量更小的车，A错误；利用题图甲装置做“探究加速度与力、质量的关系”的实验时，需要利用小车所受重力斜向下的分力平衡其摩擦阻力，所以需要使长木板安装打点计时器的一端较滑轮一端适当的高一些，B正确；以系统为研究对象，依题意“探究小车速度随时间变化的规律”实验时有1.9 m/s2≈ eq \f(mg－f,M＋m) ，考虑到实际情况，即f≪mg，有1.9 m/s2≈ eq \f(mg,M＋m) ，则可知M≈4m，而利用题图甲装置做“探究加速度与力、质量的关系”的实验时要保证所悬挂物体质量远小于小车质量，即m≪M；可知目前实验条件不满足，所以利用当前装置在“探究加速度与力、质量的关系”时，需将钩码更换成砝码盘和砝码，以使小车质量远远大于所悬挂物体的质量，C正确；实验过程中，连接砝码盘和小车的细绳应跟长木板始终保持平行，与之前的相同，D错误。 答案：(1)6.20(6.15～6.25均可)　1.9(1.7～2.1均可)　(2)BC 2．(2023·上海卷)如图所示，是某小组同学“用DIS研究加速度与力的关系”的实验装置，实验过程中可近似认为钩码受到的总重力等于小车所受的拉力。先测出钩码所受的重力G，之后改变绳端的钩码个数，小车每次从同一位置释放，测出挡光片通过光电门的时间Δt。 (1)实验中________测出小车质量m车。 A．必须 　　　B．不必 (2)为完成实验还需要测量 ①________________________________________________________________ ________________________________________________________________； ②_______________________________________________________________。 (3)实际小车受到的拉力小于钩码的总重力，原因是 ______________________________________________________________。 (4)若导轨保持水平，滑轮偏低导致细绳与轨道不平行，则细绳平行时加速度a1，与不平行时加速度a2相比，a1________(填“大于”“小于”或“等于”)a2。 解析：(1)研究加速度与力的关系，只需控制小车质量不变即可，不必测出小车的质量，B正确。 (2)小车经过光电门的速度为v＝ eq \f(d,Δt) ，由运动学公式2ax＝v2，联立可得小车的加速度a＝ eq \f(d2,2x（Δt）2) ，所以需要测量小车释放点到光电门的距离x和挡光片的宽度d。 (3)钩码在重力和拉力作用下向下做匀加速运动，加速度方向竖直向下，根据牛顿第二定律可知绳子对钩码的拉力小于钩码的重力，而绳子对钩码的拉力大小等于绳子对小车拉力的大小，所以实际小车受到的拉力小于钩码的总重力。 (4)当本实验忽略摩擦力的影响，细绳平行时T＝ma1，若滑轮偏低导致细绳与轨道不平行，受力方向如图所示，由牛顿第二定律有T cos β＝ma2，所以有a1>a2。 答案：(1)B　(2)小车释放点到光电门的距离x　挡光片的宽度d　(3)钩码有向下的加速度，拉力小于重力　(4)大于 $$