第3章 第3讲 实验4：探究加速度与物体受力、物体质量的关系(课件PPT) -【赢在微点·顶层设计】2026年高中物理高考一轮总复习

第3讲 第三章　运动与力的关系 实验4：探究加速度与物体受力、物体质量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 目 标 要 求 1.理解实验原理，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.分析创新类实验的方案设计，并能进行数据处理和误差分析。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 考点1　实验基本技能 考点2　实验的迁移、拓展和创新 内容 索引 温馨提示:点击标题链接相关内容 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 实验基本技能 赢在微点 物理 大一轮 考点1 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 5 1.实验原理。 (1)控制变量法的应用。 ①保持小车的质量不变，研究加速度与____的关系。 ②保持小车所受合外力不变，研究加速度与__________的关系。 (2)物理量的测量。 ①质量的测量：用天平测量小车的质量，为了改变小车的质量，可以在小车中增减钩码的数量。 ②加速度的测量：将穿过打点计时器的纸带固定在小车上，根据纸带上打出的点来测量加速度。 力 小车质量 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 ③力的测量：在长木板上不带滑轮的一端用薄木块垫起，用小车重力沿斜面向下的分力平衡摩擦力。当槽码的质量m远小于小车质量M时，槽码的重力近似等于小车所受绳的拉力，且近似等于小车所受的合外力。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 2.实验器材。 小车、钩码、槽码、细绳、一端附有定滑轮的长木板、垫木、_____ ___________、学生电源、导线、纸带、天平、刻度尺、坐标纸等。 3.实验步骤。 (1)用天平测量槽码的质量m和小车的质量M。 (2)根据设计要求安装实验装置，只是不把悬挂槽码的细绳系在小车上。 (3)在长木板不带滑轮的一端下面垫上一块薄木块，使小车能匀速下滑。 打点 计时器 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 (4)槽码通过细绳绕过滑轮系于小车上，接通电源后放开小车，断开电源取下纸带，编写号码，保持小车质量M不变，改变槽码质量m，重复实验得到纸带。 (5)保持槽码质量m不变，改变小车质量M，重复实验得到纸带。 4.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，说明a与M成反比。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 5.误差分析。 (1)因实验原理不完善引起误差。 (2)摩擦力平衡不准确造成误差。 (3)质量的测量误差。 6.注意事项。 (1)平衡摩擦力：不要把悬挂槽码的细绳系在小车上，让小车连着纸带匀速下滑。 (2)质量关系：槽码质量m远小于小车质量M。 (3)平行：使细线与长木板平行。 (4)靠近：小车从靠近打点计时器的位置释放。 (5)先后：实验时先接通电源后释放小车。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 关|键|能|力 用槽码重力替代绳的拉力产生的误差分析。 因实验原理不完善引起误差，以小车、槽码整体为研究对象得mg=(M+m)a；以小车为研究对象得F=Ma，求得F=·mg=· mg<mg。 本实验用槽码的重力mg代替小车受的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于槽码的重力。槽码的质量比小车的质量小的越多，由此引起的误差就越小。因此，满足槽码的质量远小于小车的质量的目的就是减小因实验原理不完善而引起的误差。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 【典例1】　图甲是用来探究加速度和力之间关系的实验装置示意 图，图乙是其俯视图。两个相同的小车，放在比较光滑的水平板上 (摩擦力很小，可以略去)，前端各系一条细绳，绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘里可放砝码，两个小车后端各系一条细线，细线用夹子固定。打开夹子，小盘和砝码牵引小车运动，闭合夹子，两小车同时停止运动，再用刻度尺测出两小车通过的位移。为了探究加速度大小和力大小之间的关系，下列说法正确的是( ) 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 A.使小盘和砝码的总质量尽可能等于小车的质量 B.若将小车放在粗糙水平板上，对实验结果没有影响 C.两小车的位移之比等于加速度之比 D.可在两小盘内放置相同质量的砝码，在两小车内放置不同质量的砝码进行实验 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 盘和盘中砝码的质量远远小于小车的质量，绳对小车拉力大小才近似等于盘和盘中砝码的重力，A项错误；粗糙水平板对小车有摩擦力，则小车受到的合力不等于绳子的拉力，对实验结果会有影响，B项错误；根据初速度为零的匀变速直线运动公式x=at2，用刻度尺测量两小车通过的位移，两车的位移之比就是加速度之比，所以通过比较位移就能得知加速度大小与力大小之间的关 系，C项正确；实验中通过在两小盘内放置不同质量的砝码来改变小车所受合力，D项错误。 解析 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 【典例2】　(2024·甘肃卷)用图甲所示实验装置探究外力一定时加速度与质量的关系。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 (1)以下操作正确的是_____(填选项字母)。  A.使小车质量远小于槽码质量 B.调整垫块位置以补偿阻力 C.补偿阻力时移去打点计时器和纸带 D.释放小车后立即打开打点计时器 B 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 为了使小车所受的合外力大小近似等于槽码的总重力，故应使小车质量远大于槽码质量，A项错误；为了保证小车所受细线拉力等于小车所受合力，则需要调整垫块位置以补偿阻力，也要保持细线和长木板平行，B项正确；补偿阻力时不能移去打点计时器和纸带，需要通过纸带上点迹是否均匀来判断小车是否做匀速运动，C项错误；根据操作要求，应先打开打点计时器再释放小 车，D项错误。 解析 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 (2)保持槽码质量不变，改变小车上砝码的质量，得到一系列打点纸带。其中一条纸带的计数点如图乙所示，相邻两点之间的距离分别为s1、s2、…、s8，时间间隔均为T。下列加速度算式中，最优的是_____(填选项字母)。  D 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 A.a= B.a= C.a= D.a= 根据逐差法可知s5-s1=4a1T2，s6-s2=4a2T2，s7-s3=4a3T2，s8-s4=4a4T2，联立可得小车加速度表达式为a=，D项正确。 解析 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 由图可知，在所受外力一定的条件下，a与M成______(填“正比”或“反比”)；甲组所用的______(填“小车”“砝码”或“槽码”)质量比乙组的更大。  反比 槽码 (3)以小车和砝码的总质量M为横坐标，加速度的倒数为纵坐标，甲、乙两组同学分别得到的-M图像如图丙所示。  高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 根据题图丙可知与M成正比，故在所受外力一定的条件下，a与M成反比；设槽码的质量为m，则由牛顿第二定律mg=(m+M)a，化简可得=·M+，故斜率越小，槽码的质量m越大，由题图丙可知甲组所用的槽码质量比乙组的更大。 解析 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 实验的迁移、拓展和创新 赢在微点 物理 大一轮 考点2 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 22 考向1 实验器材创新 【典例3】　(2024·江西卷)某小组探究物体加速度与其所受合外力的关系。实验装置如图(a)所示，水平轨道上安装两个光电门，小车上固定一遮光片，细线一端与小车连接，另一端跨过定滑轮挂上钩码。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 (1)实验前调节轨道右端滑轮高度，使细线与轨道平行，再适当垫高轨道左端以平衡小车所受摩擦力。 (2)小车的质量为M1=320 g。利用光电门系统测出不同钩码质量m时小车加速度a。钩码所受重力记为F，作出a-F图像，如图(b)中图线甲所示。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 (3)由图线甲可知，F较小时，a与F成正比；F较大时，a与F不成正 比。为了进一步探究，将小车的质量增加至M2=470 g，重复步骤(2)的测量过程，作出a-F图像，如图(b)中图线乙所示。 (4)与图线甲相比，图线乙的线性区间______，非线性区间_______。再将小车的质量增加至M3=720 g，重复步骤(2)的测量过程，记录钩码所受重力F与小车加速度a，如表所示(表中第9~14组数据未列出)。 较大 较小 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 序号 1 2 3 4 5 钩码所受重力 F/(9.8 N) 0.020 0.040 0.060 0.080 0.100 小车加速度 a/(m·s-2) 0.26 0.55 0.82 1.08 1.36   序号 6 7 8 9~14 15 钩码所受重力 F/(9.8 N) 0.120 0.140 0.160 …… 0.300 小车加速度 a/(m·s-2) 1.67 1.95 2.20 …… 3.92 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 由题图(b)分析可知，与图线甲相比，图线乙的线性区间较大，非线性区间较小。 解析 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 (5)请在图(b)中补充描出第6至8三个数据点，并补充完成图线丙。 在坐标系中进行描点，结合其他点用平滑的曲线拟合，使尽可能多的点在线上，不在线上的点均匀分布在线的两侧，如图所 示。 解析 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 (6)根据以上实验结果猜想和推断：小车的质量__________________时，a与F成正比。结合所学知识对上述推断进行解释：___________ _______。  远大于钩码质量 解释见 解析 设绳子拉力为T，对钩码应用牛顿第二定律有F-T=ma，对小车应用牛顿第二定律得T=Ma，联立解得F=(M+m)a，变形得a=F，当m≪M时，可认为m+M=M，则a=·F，即a与F成正比。 解析 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 考向2 实验方案创新 【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： 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 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计算机采集获取数据，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。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 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。  12 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 由题知，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F-t 图像有Δx=5.00 cm，F=0.610 N，根据胡克定律k=，计算得k≈12 N/m。 解析 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 (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。  根据牛顿第二定律有F=ma，则a-F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= kg-1=5 kg-1，则滑块与加速度传感器的总质量为m=0.20 kg。 解析 0.20 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 (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a-F图像Ⅱ，则待测物体的质量为________kg。  滑块上增加待测物体，同理，根据题图丙中Ⅱ，则有= 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Δm=m'-m=0.13 kg。 解析 0.13 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 考向3 实验目的改变 【典例5】　某同学使用如图甲装置测量木板和物块(底面平整，上有凹槽)间的动摩擦因数，已知当地重力加速度为g，打点计时器所接电源的频率为50 Hz。实验步骤： 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 ①调整木板处于水平状态，物块凹槽内放置两个砝码，保证物块和砝码的总质量远大于小吊盘和重物质量之和； ②测量小吊盘和重物总质量m，按住物块，把带有重物的小吊盘挂在绕过定滑轮的绳子上； ③接通打点计时器电源，释放物块，获得带有点迹的纸带； ④改变小吊盘中重物质量，重复步骤②③； ⑤选纸带上清晰的部分，每5个间隔标注一个计数点，测量位移，如图乙，求出与不同m相对应的加速度a； 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 ⑥以m为纵坐标，a为横坐标，在坐标纸上作m-a关系图线，如图丙，测得斜率为k，纵轴截距为b。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 完成下列填空： (1)某次实验中测得的纸带如图乙所示，则物块加速度a=_______m/s2 (保留3位有效数字)。  1.01 相邻计数点的时间间隔T=5×0.02 s=0.1 s，根据逐差法求解加速度a=×10-2 m/s2≈1.01 m/s2。 解析 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 (2)假设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，根据图像丙斜率和截距可得 木板和物块间的动摩擦因数μ=______。  据题意知，绳子拉力近似等于小吊盘和重物的总重力，设物块和砝码的总质量为M，由牛顿第二定律得mg-μMg=Ma，变形得m=a+μM，故图像斜率k=，纵轴截距b=μM，解得μ=。 解析 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 把握高考微点，实现素能提升 完成——微练11 本部分内容讲解结束 $$