练案18 第三章 第18讲 实验四 探究加速度与物体受力、物体质量的关系-【衡中学案】2026年高考物理一轮总复习练案

练案[18] 第18讲实验四 探究加速度与 物体受力、物体质量的关系 1.用如图甲所示的装置探究加速度与力、质量的关系。 C.图线BC段弯曲可能是沙桶及沙的总质量未满 小车 纸带打点计时器 足远小于小车总质量的条件 D.图线BC段弯曲可能是沙桶及沙的总质量未满 足远大于小车总质量的条件 (7)在探究加速度与质量的关系时，要保证沙和沙桶 的质量不变。若沙和沙桶的质量m与小车的总质 量M间的关系不满足第(3)问中的条件，且已正 甲 确平衡阻力.由实验数据作出a十n图线，侧则图 (1)除了图中所给器材以及交流电源和导线外，在下列 线应如图中的 所示（选填正确选项的字 器材中，还必须使用的两种器材是 (选填 母) 正确选项的字母)。 A.秒表 B.天平（含砝码） C.弹簧测力计 D.刻度尺 (2)实验前平衡阻力的做法是：把实验器材安装好，先 不挂沙桶，将小车放在木板上，后面固定一条纸 带，纸带穿过打点计时器。用垫块把木板不带滑 轮一端垫高，接通打点计时器，让小车以一定初速 M+m 度沿木板向下运动，并不断调节木板的倾斜度，直 到小车拖动纸带沿木板做 运动。 2.(2024·浙江卷改编)如图1所示是“探究加速度与 (3)为使沙桶和沙的总重力在数值上近似等于小车运 力、质量的关系”的实验装置。 动时受到的拉力，需满足的条件是沙桶及沙的总 细绳 小车 打点计时器 质量 小车的总质量。（选填“远大于” “远小于”或“近似等于”) 纸带 (4)实验中打出的一条纸带的一部分如图乙所示。纸 槽码 带上标出了连续的3个计数点A、B、C,相邻计数 点之间还有4个点没有标出。打点计时器接在频 图1 率为50Hz的交流电源上。则打点计时器打B点 (1)该实验过程中操作正确的是 时，小车的速度vB= m/s。多测几个点的 A.平衡阻力时小车未连接纸带 速度作出v-t图像，就可以算出小车的加速度。 B.先接通打点计时器电源，后释放小车 C.调节滑轮高度使细绳与水平桌面平行 A mjmmjmmmjmmmmpmmpmnpmjmmmmmmjmmmmpmpo四TiT (2)在小车质量 (填“远大于”或“远小于”) 34567891011121314cm15 槽码质量时，可以认为细绳拉力近似等于槽码的 重力。上述做法引起的误差为 (填“偶然 (5)为探究加速度和力的关系，要保证 的总 误差”或“系统误差”)。为减小此误差，下列可行 质量不变，改变沙桶内沙的质量，重复做几次实 的方案是 验，通过实验数据来研究加速度和力的关系。 A.用气垫导轨代替普通导轨，滑块代替小车 (6)在探究加速度与力的关系时， B.在小车上加装遮光条，用光电计时系统代替打 该同学根据实验数据作出的 点计时器 C.在小车与细绳之间加装力传感器，测出小车所 a-F图像如图丙所示，发现该 受拉力大小 图线不通过坐标原点且BC段OA 丙 (3)经正确操作后获得一条如图2所示的纸带，建立 明显偏离直线，分析其产生的 以计数点0为坐标原点的x轴，各计数点的位置 原因，下列说法正确的是 坐标分别为0、x、…、x6。已知打点计时器的打点 A.不通过坐标原点可能是因为平衡阻力不足 周期为T,则打计数点5时小车速度的表达式v= B.不通过坐标原点可能是因为平衡阻力过度 ；小车加速度的表达式是 350 A.a=2 单位：cm (15T)2 10309312 10 9.13 11.09 B.a=。2 (3T)2 戊 C.a= 5+x4-(x3+x2) (10T)2 (4)另一组学生用如图乙所示的装 alm·s 置测量小车的质量M及小车与 0 木板的动摩擦因数以，通过增减 0 3 4. 6 悬挂钩码的数目进行多次实 0.2 F/N cm 验，通过分析纸带求出相应实验 -1.4 图2 时小车的加速度，得到多组拉力 己 3.某中学的学生准备选用以下四种方案来完成“探究加 速度与力的关系”的实验，绳子和滑轮均为轻质，请回 传感器示数F和小车加速度α的数据，作出如图己 答下列问题： 所示的a-F图像。重力加速度g为9.8m/s2,由 图像可求得小车的质量M= kg,小车与 打点计时器 小车 弹簧测 长木板间的动摩擦因数= 。(计算结 纸带 力计 果保留2位有效数字) 轻绳 4.学校物理兴趣小组用如图甲所示的阿特伍德机验证 牛顿第二定律，并测量当地的重力加速度。绕过定滑 滑轮 轮的轻绳两端分别悬挂质量相等的重物A(由多个相 重物 同的小物块叠放组成)和重物B。主要实验步骤如下： ①用天平分别测量一个小物块的质量和B的质量m； 纸带打点计时器 ②将A中的小物块取下一个放在B上，接通打点计时 力传 感器 器的电源后，由静止释放B,取下纸带，算出加速度大 小，并记下放在B上的小物块的质量； ③重复步骤②，获得B上面的小物块的总质量△m和 对应加速度大小a的多组数据。 打点计时器 纸带 打点计时器 纸带 重物 164.9 光电 滑块遮光条 46.0 单位：mm 气垫导轨 力传 (1)某次实验打出的纸带如图乙所示，相邻两计数点 间还有四个计时点未画出，已知打点计时器所用 交流电源的频率为50Hz,则本次实验中A的加速 钩码 度大小为 m/s2(结果保留3位有效数 丁 字)。 (1)四种方案中，需要进行“平衡阻力”的方案是 。(选填“甲”“乙”“丙”或“丁”) (2)利用本装置验证牛顿第二定律。若在误差允许的范 (2)四种方案中，需要满足重物或钩码质量远小于小 围内，满足重物A的加速度大小α= (用 车的质量的方案是 。(选填“甲”“乙” m、△m和当地的重力加速度大小g表示)，则牛顿 “丙”或“丁”) 第二定律得到验证。 (3)某一小组同学用图乙的装置进行实验，得到如图 (3)利用本装置测量当地的重力加速度。根据放在B 戊所示的一条纸带（相邻两计数点间还有四个点 上面的小物块的总质量△m和对应加速度大小a 没有画出)，已知打点计时器使用的是频率为50 的多组数据，以△m为横坐标，a为纵坐标作出 Hz的交流电。根据纸带可求出小车在E点的瞬时 α-△m图像。若图线的斜率为k,则当地的重力加 速度为 m/s,加速度为 m/s2。(计 速度大小可表示为g=」 (用k、m表示)。 算结果保留3位有效数字) —351:3.(1)甲、乙、丙(2)丙(3)1.012.00(4)0.290.14 练案[18] [解析](1)四种方案中，甲、乙、丙三个方案中小车均受到比 1.(1)BD(2)匀速直线(3)远小于(4)0.44(5)小车 较大的摩擦阻力作用，都需要进行“平衡阻力”，丁方案中由于 (6)AC(7)C 滑块与气垫导轨间的摩擦力可以忽略不计，则不需要进行“平 [解析](1)利用天平测量质量，利用打点计时器可以计时，打 衡阻力”。故四种方案中，需要进行“平衡阻力”的方案是：甲、 出的纸带需测量长度求加速度，所以需要天平和刻度尺，A、C 乙、丙。 (2)四种方案中，甲方案可以通过弹簧测力计测得绳子拉力， 错误，B、D正确。 乙、丁方案都可以通过力传感器测得绳子拉力，而丙方案需要 (2)平衡阻力时应使小车拖动纸带在木板上做匀速直线运动。 用重物的重力近似等于绳子拉力，为了减小误差，丙方案需要 (3)为了使沙桶及沙的重力在数值上近似等于小车运动时受到： 满足重物质量远小于小车的质量。 的拉力，需要使沙桶及沙的总质量远小于小车的总质量。 (3)相邻两计数点间还有四个点没有画出，可知相邻计数点时 (4)由某段时间中间时刻的瞬时速度等于该段时间运动过程的 间间隔为T=5×0.02s=0.1s 平均速度，可得=答=330-40x10 根据匀变速直线运动中间时刻速度等于该段过程的平均速度， m/s 0.2 0.44m/s。 则小车在E点的瞬时骏度为：=器=913+0x10 2×0.1 (5)探究加速度与力的关系时，需要保持小车的总质量不变。 m/s≈1.01m/s (6)从题图丙可以看出，图像不过原点，即当F为某一值时，但 根据逐差法可得，小车的加速度为a=二= 972 加速度却为零，所以是未平衡阻力或平衡阻力不足，故A正确， (7.10+9.13+11.09-1.10-3.09-5.12)×10-2 B错误；随着拉力F增大（即沙桶及沙的重力增大），已经不满 m/s2 9×0.12 足沙桶及沙的总质量远小于小车总质量的条件，造成BC段弯 2.00m/s2。 曲，故C正确，D错误。 (4)以小车为对象，根据牛顿第二定律可得 (7)在探究加速度与质量的关系时，由于平衡了阻力，所以图像 2F-uMg Ma 过原点，且分别对小车和沙桶及沙受力分析，由牛顿第二定律 2 则a=M·F- 可得mg-Fr=ma,FT=Ma,联立解得mg=(M+m)a,整理得 aM十m因为保证了沙和沙桶的质量不变，所以由实验数据 可知a-F图像的斜率为品-6号g=7kg 作出a-十m图拨，不会发生专击，故造C。 解得小车的质量为M=kg=0.29kg 7 a-F图像的纵轴截距为-ug=-1.4m/s2 2.(1)B(2)远大于系统误差C(3)A 10T 解得小车与长木板间的动序擦因数为口-女景=014。 [解析](1)平衡阻力时小车需要连接纸带，一方面是需要连 (3)hm 同纸带所受的阻力一并平衡，另外一方面是通过纸带上打出的 4.(1)0.810(2)△m 点间距判断小车在导轨上是否做匀速直线运动，以判断是否平 [解析](1)根据题意可知，交流电源的频率为50Hz,因相邻 衡阻力，A错误；由于小车速度较快，且纸带长度也有限，所以为 两计数点间还有四个计时点未画出，则相邻计数点间的时间间 了能在长度有限的纸带上尽可能多地获取间距适当的计数点， 隔为0.1s,由逐差法有(164.9-64.0-64.0)×10-3m= a(3T)2 实验时应先接通打点计时器电源，后释放小车，B正确；为使小 解得a=0.810m/s2。 车所受拉力与速度同向，应调节滑轮高度使细绳与导轨平行，C (2)对A、B组成的系统，根据牛顿第二定律有(m+△m)g-(m 错误。 -△m)g=2ma (2)设小车的质量为M,槽码的质量为m,分别对小车和槽码列 解得a=4△m 牛顿第二定律方程，有F=Ma,mg-F=ma,联立解得细绳拉力 m F=Mm坚=mg,则在小车质量远大于槽码质量时，可以认为 m+Mm (3)由(2)的结果变形可得a=品·△m,则有k=品，解得 m 1 g=hkm。 细绳拉力近似等于槽码的重力。上述做法引起的误差是由实 练案[19] 验方法或原理不完善造成的，属于系统误差。该误差是将细绳 拉力用槽码重力近似替代所引起的，不是由小车与导轨间存在1.C飞机做曲线运动，则所受合外力方向与速度方向不共线，选 阻力（实验中已经平衡了阻力）或速度测量精度低造成的，所以 项B错误：飞机轨迹为螺旋线，所受合外力不断变化，加速度也 不断变化，选项A错误，C正确；飞机的运动速度方向不断变化， 为减小此误差，可在小车与细绳之间加装力传感器，测出小车 则速度不断变化，选项D错误。 所受拉力大小，C正确。 2.D曲线运动的轨迹在速度方向与合力方向之间，对M、N点进 (3)结合题图2可知，相邻两计数点间的时间间隔为t=5T,又 行分析可知，开始时恒力与速度的夹角为钝角，后来夹角为锐 小车做匀变速直线运动，则打计数点5时小车速度的表达式为：角，则物体的速度先减小后增大，D正确 -6-产，根据逐差法可得小车加速度的表达式为a 3.B当乒乓球经过筒口时，对着球横向吹气，乒乓球沿着原方向 2t10T 做匀速直线运动的同时也会沿着吹气方向做加速运动，实际运 品学养A正 动是两个运动的合运动，则一定不会进入纸筒，要提前吹才会 (3t)2 进入纸筒，故B正确。 -593