第3章 实验四探究加速度与物体受力、物体质量的关系（教师用书）-【名师大课堂】2025年新高考物理艺术生总复习必备

二、“滑块—木板”模型 1.模型特点 滑块(视为质点)置于长木板上,滑块和木板均相 对地面运动,且滑块和木板在摩擦力的作用下发 生相对滑动. 2.两种位移关系 滑块从木板的一端运动到另一端的过程中,若滑 块和木板向同一方向运动,则滑块的位移和木板 的 位移之差 等于木板的长度;若滑块和木板 向相反方向运动,则滑块和木板的 位移大小之 和 等于木板的长度. 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 传送带问题 传送带问题答题策略 1.受力分析:分析放在传送带上的物体与传送带之 间是否存在摩擦力,若存在,分析是滑动摩擦力 还是静摩擦力,摩擦力的方向如何,分清物体所 受摩擦力是阻力还是动力. 2.运动状态分析:即由静态→动态→终态分析和判 断,对其全过程作出合理分析、推论. (1)传送带是水平的:若物体与传送带保持相对 静止一起匀速运动,则它们之间无摩擦力,否则 物体不可能匀速运动.若物体以大于传送带的速 度沿传送带运动方向滑上传送带,则物体将受到 传送带提供的使它减速的摩擦力作用,直到减速 到和传送带有相同的速度,即相对传送带静止为 止.因此该摩擦力方向一定与物体运动方向相反. (2)水平传送带上的物体与传送带保持相对静止 一起匀速运动一段时间后开始减速:因物体速度 越来越小,故受到传送带提供的使它减速的摩擦 力作用,方向与物体的运动方向相反,传送带则 受到与传送带运动方向相同的摩擦力作用. (3)传送带是倾斜的:在运动方向上,物体要受重 力沿斜面的下滑分力作用,该力和物体运动的初 速度共同决定相对运动或相对运动趋势方向. 3.滑块在传送带上运动的“六注意” (1)注意滑块相对传送带的运动方向,正确判定 摩擦力的方向. (2)在水平传送带上,滑块与传送带共速时,滑块 与传送带相对静止做匀速运动. (3)在倾斜传送带上,滑块与传送带共速时,需比 较mgsinθ与μmgcosθ 的 大 小 才 能 确 定 受 力 情况. (4)注意滑块与传送带运动方向相反时,滑块速 度减为零后反向加速返回. (5)注意传送带的长度,判定滑块与传送带共速 前是否滑出. (6)注意滑块在传送带上运动形成的划痕长度是 滑块与传送带的相对位移. 如图甲所示,绷紧的水平传送带始终以恒 定速率v1运行.初速度大小为v2 的小物块从与 传送带等高的光滑水平地面上的A 处滑上传送 带.若从小物块滑上传送带开始计时,小物块在 传送带上运动的v-t图像(以地面为参考系)如图 乙所示.已知v2>v1,则 ( B ) A.t2时刻,小物块离A 处的距离达到最大 B.t2时刻,小物块相对传送带滑动的距离最大 C.0~t2时间内,小物块受到的摩擦力方向先向 右后向左 D.0~t3时间内,小物块始终受到大小不变的摩 擦力作用 “滑块—板块”模型分析 1.模型特点:涉及两个物体,并且物体间存在相对 滑动. 2.运动特点 (1)滑块由滑板的一端运动到另一端的过程中, 若滑块和滑板同向运动,位移大小之差等于板 长;反向运动时,位移大小之和等于板长. 设板长为L,滑块位移大小为x1,滑板位移大小 为x2,同向运动时,如图甲所示,L=x1-x2 甲 反向运动时,如图乙所示,L=x1+x2 乙 (2)若滑块与滑板最终相对静止,则它们的末速 度相等. 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 430 3.分析“滑块—滑板”模型时要抓住一个转折和两 个关联 有一项“快乐向前冲”的游戏可简化如下: 如图所示,滑板长L=2m,起点A 到终点B 的 距离s=4m.开始时滑板静止,右端与A 平齐, 滑板左端放一可视为质点的滑块,对滑块施加一 水平向右的恒力F使滑板前进.滑板右端到达B 处冲线,游戏结束.已知滑块与滑板间动摩擦因 数μ=0.4,地面光滑,滑块质量m1=2kg,滑板 质量m2=1kg,重力加速度g取10m/s2,求: (1)滑板由A 滑到B 的最短时间; (2)为使滑板能以最短时间到达B,水平恒力F 的取值范围. 解析:(1)滑板由 A 滑到B 过程中一直加速,加 速度最大时,所用时间最短. 设最大加速度大小为a2,对滑板根据牛顿第二 定律可得μm1g=m2a2, 解得a2=8m/s2. 由位移时间公式得s=12a2t 2, 解得t=1s. (2)滑板与滑块刚好要相对滑动时,水平恒力最 小,设为F1,此时可认为二者加速度相等. 根据牛顿第二定律可得F1-μm1g=m1a2, 解得F1=24N. 当滑板运动到B 且滑块刚好脱离时,水平恒力最 大,设为F2,设滑块加速度为a1,根据牛顿第二 定律可得F2-μm1g=m1a1, 根据位移关系可得 1 2a1t 2-12a2t 2=L 解得F2=32N. 则水平恒力F 的大小范围是24N≤F≤32N. 答案:(1)1s (2)24N≤F≤32N 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 实验四 探究加速度与物体受力、物体质量的关系 一、实验目的 探究加速度与力、质量的关系;学会用控制变量法 研究物理规律;学会利用图像处理数据. 二、实验原理 保持质量不变,探究加速度跟合外力的关系;保持 作用力不变,确定加速度与物体质量的关系;作出 a-F 图像和a-1M 图像,确定其关系. 三、实验器材 小车,砝码,小盘,细绳,附有定滑轮的长木板,薄木 块,打点计时器,低压交流电源,导线两根,纸带,复 写纸,托盘天平,米尺. 四、实验步骤 1.称量质量———用天平测量小盘的质量 m0 和小 车的质量 M0. 2.安装器材———按照如图所示装置把实验器材安 装好,只是不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———在长木板的不带定滑轮的一端 下面垫上一块薄木块,反复移动薄木块的位置, 直至小车在斜面上运动时可以保持匀速直线运 动状态. 4.让小车靠近打点计时器,挂上小盘和砝码,先接 通电源,再让小车拖着纸带在木板上匀加速下 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 530 滑,打出一条纸带.计算小盘和砝码的重力,即小 车所受的合外力,由纸带计算出小车的加速度, 并把力和对应的加速度填入表中. 5.改变小盘内砝码的个数,重复步骤4,并多做 几次. 6.保持小盘内的砝码个数不变,在小车上放上砝码 改变小车的质量,让小车在木板上滑动打出纸 带.计算砝码和小车的总质量 M,并由纸带计算 出小车对应的加速度,并将所对应的质量和加速 度填入表中. 7.改变小车上砝码的个数,重复步骤6,并多做 几次. 五、数据处理 1.计算加速度———先在纸带上标明计数点,测量各 计数点间的距离,根据逐差法计算每条纸带对应 的加速度. 2.作图像找关系———根据记录的各组对应的加速 度a与小车所受牵引力F,建立直角坐标系,描 点画a-F 图像,如果图像是一条过原点的倾斜直 线,便证明加速度与作用力成正比.再根据记录 的各组对应的加速度a与小车和砝码总质量M, 建立直角坐标系,描点画a-1M 图像,如果图像是 一条过原点的倾斜直线,就证明了加速度与质量 成反比. 六、误差分析 1.测量误差 (1)质量的测量. (2)打点间隔距离的测量. 2.操作误差 (1)细绳或纸带与木板不平行. (2)倾斜角度不当,平衡摩擦力不准. 3.原理误差 本实验中用小盘和砝码的总重力代替小车受到 的拉力(实际上小车受到的拉力要小于小盘和砝 码的总重力),存在系统误差. 七、注意事项 1.平衡摩擦力:在平衡摩擦力时,不要把悬挂小盘 的细绳系在小车上,即不要给小车加任何牵引 力,且要让小车拖着纸带匀速运动. 2.不重复平衡摩擦力:整个实验平衡了摩擦力后, 不管以后是改变小盘和砝码的总质量还是改变 小车 和 砝 码 的 总 质 量,都 不 需 要 重 新 平 衡 摩 擦力. 3.实验条件:每条纸带都必须在满足小车的质量远 大于小盘和砝码的总质量的条件下打出.只有如 此,小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的 拉力. 4.一先一后一按住:改变拉力和小车质量后,每次 开始时小车应尽量靠近打点计时器,并应先接通 电源,再放开小车,且应在小车到达定滑轮前按 住小车. 5.作图:作图时,两坐标轴的比例要适当,要使尽可 能多的点落在所作直线上,不在直线上的点应尽 可能对称地分布在所作直线两侧. 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 某组同学计划用如图甲所示的实验装置, 探究加速度a与合外力F 及小车质量M 之间的 关系. (1)为了平衡小车在运动过程中受到的阻力,必 须使木板倾斜恰当的角度θ,若小车和木板之间 的动摩擦因数为μ,则tanθ = μ(选填“>” “<”或“=”). (2)实验得到如图乙所示的纸带.O 点为小车运 动起始时刻所打的点,选取时间间隔为0.1s的 相邻计数点记为 A、B、C、D、E、F、G,他们到O 点的距离已标出,则小车的加速度大小为 0.99 m/s2(结果保留两位有效数字). (3)在处理实验数据时,用m 表示砝码和托盘的 总质量,用 M 表示小车的质量.用g表示当地的 重力加速度.若用m、M 和g 表示小车的加速度, 则测量值为 mgM ,理论值为 mgm+M . 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 630