第6课时实验四：探究加速度与物体受力、物体质量的关系-【创新大课堂】2026年高三物理一轮总复习

高三总复习·物理 第6课时实验四：探究加速度与物体受力、物体质量的关系 【目标要求】1.理解实验的原理，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.能理解创新实验的原理，并能运用相应的公式、函数处理数据 考点一实验技能储备 1.实验目的 :5.数据处理 (1)学会用控制变量法研究物理量之间的关系. (1)利用逐差法或v-t图像法求a. (2)探究加速度与力、质量的关系. (2)以a为纵坐标，F为横坐标，描点、画线，如果 (3)掌握利用图像处理数据的方法 该线为过原点的直线，说明a与F成正比. 2.实验原理 (3)以4为纵坐标，工为横坐标，描点、画线，如果 (1)保持质量不变，探究加速度与 的关系 该线为过原点的直线，就能判定a与m成反比. (2)保持合外力不变，探究加速度与 6.注意事项 的关系 (1)开始实验前首先补偿阻力：适当垫高木板不 (3)作出 图像和 图像，确定a 带定滑轮的一端，使小车的重力沿斜面方向的分 与F、m的关系。 力正好补偿 在补偿阻力时，不要把悬 3.实验器材 挂槽码的细绳系在小车上，让小车拉着穿过打点 小车、槽码、细绳、一端附有定滑轮的长木板、垫 计时器的纸带匀速运动 木、打点计时器、学生电源、导线、纸带、天平、 (2)实验过程中不用重复补偿阻力. 刻度尺、坐标纸等 (3)实验必须保证的条件： 4.实验过程 (4)一先一后一按：改变拉力或小车质量后，每次开 (1)测量：用天平测量槽码的质量m'和小车的 始时小车应尽量靠近 ,并应先 质量m. 后 ,且应在小车到达滑轮前按住小车。 (2)安装：按照如图所示装置把实验器材安装好， 7.误差分析 只是不把悬挂槽码的细绳系在小车上（即不给小 (1)实验原理不完善：本实验用槽码的总重力代 车 替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于 槽码的总重力. 细绳 纸带 (2)补偿阻力不准确、质量测量不准确、计数点间 】 垫木 距离测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行 都会引起误差. 端附有 小车打点计时器 槽码白定滑轮 [例1](2025·广 滑轮 细绳 小车电火花计时器 的长木板 实验台 东深圳模拟)在 纸带 探究加速度a与 所受合力F的关 砂桶 长木板 (3)补偿阻力：在长木板不带定滑轮的一端下面 系时，某实验小 垫上垫木，使小车能 下滑 组采用图甲所示的实验装置进行实验探究，控制 (4)操作：①槽码通过细绳绕过定滑轮系于小车 小车质量M不变，寻找其加速度a与所受合力F 上，先 后 ,断开电源，取下纸 的关系 带，编号码. 单位：cm ②保持小车的质量m不变，改变槽码的质量m', 重复步骤①」 ③在每条纸带上选取一段比较理想的部分，计算 6.9 加速度a. 10.95 15.3 ④描点作图，作a-F图像， ⑤保持槽码的质量m不变，改变小车质量m,重 (1)该实验必须要补偿阻力.在补偿阻力的这步 复步骤①和③，作a1图像。 操作中，该同学 (选填“需要”或“不需 要”)通过细绳把砂桶挂在小车上， 精品教辅·智慧人生 48 第三章运动和力的关系 (2)在实验中，该同学得到的一条如图乙所示的 (4)关于本实验存在的误差，以下说法正确的是 纸带，他每隔4个点取一计数点，在纸带上做好 1,2,3,4,5的标记，用毫米刻度尺测量出从起点 A.在用刻度尺测量出从起点到各计数点的距离 1到各计数点的距离，在图中已经标出.已知电火 时，存在偶然误差，可以减小 花计时器的打点周期为0.02s,则该小车运动的 B.把砂和砂桶的总重力当成小车的合力导致实 加速度大小为 m/s2(计算结果保留2位 验中存在系统误差，可以消除 有效数字) C.实验中用图像法处理数据不仅可以减小系统 (3)在数据处理环节，把砂和砂桶的总重力当成 误差，还能直观的得出a与F的关系 小车的合力F,采用图像法处理数据，画出如图 听课记录] 丙所示a-F图像，发现图线上端弯曲，并不是直 线，出现这一问题的可能原因是 考点二 探索创新实验 创新角度 实验举例 [例2](2025·湖南师大附中开学考试)图甲为“探 传感器小生打点计时器 拉力 究加速度与物体所受合外力关系”的实验装置，实 定滑轮 马纸带 验中所用小车的质量为M,重物的质量为m,实验 时改变重物的质量，记下测力计对应的读数F. 0 打点 轻质动滑轮 沙桶 计时器小车 细线 弹簧测力计 光电数字光电 纸带主 州 实验器 门2计时器门1 定滑轮 滑块遮光条 长木板 材创新 气垫导轨的☐问 水平实验台 拉力 甲 重物 传感器 B 槽码 刻度只 1.40 2.04 2.67 3.32 53 单位：cm 位移传感器，速度传感器，拉力传感器，气垫导 轨，光电门 (1)实验过程中， (填“需要”或“不需 打点计时器 要”)满足M>m. M (2)实验过程中得到如图乙所示的纸带，已知所用 交流电的频率为50Hz.其中A、B、C、D、E为五个计 数点，相邻两个计数点之间还有4个点没有标出，根 实验原 挂上托盘和砝码，改变木板的倾角，使质量为M 据纸带提供的数据，可求出小车加速度的大小为 理创新 的小车拖着纸带沿木板匀速下滑，取下托盘和 m/s2(计算结果保留3位有效数字)， 砝码，测出其总质量为m,让小车沿木板下滑， (3)当重物质量合适时，小车做匀速运动，此时测 可知小车所受合力为mg.改变砝码质量，多次 力计的读数为F。.更换重物，用a表示小车的加 重复实验探究加速度与物体受力关系。 速度，F表示弹簧测力计的示数，下列描绘的a 遮光条光电门光电门 F关系图像合理的为 物 A细线 /u ∠∠ 实验目 重物 的创新 (1)结合光电门得出物块在A、B两点的速度，由 听课记录] vn2一va2=2ax得出物块的加速度 (2)结合牛顿第二定律，由mg-Mg=(M十m) α得出物块与水平桌面间的动摩擦因数 49 精品教辅·智慧人生 高三总复习·物理 [例3](2024·江西卷)某小组探究物体加速度与 (5)请在图(b)中补充描出第6至8三个数据点， 其所受合外力的关系.实验装置如图(a)所示，水 并补充完成图线丙. 平轨道上安装两个光电门，小车上固定一遮光 (6)根据以上实验结果猜想和推断：小车的质量 片，细线一端与小车连接，另一端跨过定滑轮挂 时，a与F成正比.结合所学知识对上 上钩码. 述推断进行解释： 遮光片小车 光电门 滑轮 听课记录] 钩码 图(a) (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=320g.利用光电门系统[例4]如图(a),某同学设 电磁打点计时器 测出不同钩码质量m时小车加速度a.钩码所受 计了测量铁块与木板间动 重力记为F,作出a-F图像，如图(b)中图线甲 1 纸带 木板 摩擦因数的实验.所用器 铁块 所示. 材有：铁架台、长木板、铁 图(a) 4a/(m·s 6.0 块、米尺、电磁打点计时器、频率50Hz的交流电 甲 5.0 源、纸带等.回答下列问题： 乙 丙 (1)铁块与木板间动摩擦因数： (用木板 4.0 3.0 与水平面的夹角0、重力加速度g和铁块下滑的 2.0 加速度a表示). 1.0 (2)某次实验时，调整木板与水平面的夹角使 0=30°.接通电源，开启打点计时器，释放铁块，铁 0.10 0.20 0.30F可(9.8N) 图(b) 块从静止开始沿木板滑下，多次重复后选择点迹 (3)由图线甲可知，F较小时，a与F成正比；F较 清晰的一条纸带，如图(b)所示.图中的点为计数 大时，a与F不成正比.为了进一步探究，将小车 点（每两个相邻的计数点间还有4个点未画出） 的质量增加至M2=470g,重复步骤(2)的测量 重力加速度g取9.80m/s2.可以计算出铁块与 过程，作出a-F图像，如图(b)中图线乙所示. 木板间的动摩擦因数为 (结果保留2位 (4)与图线甲相比，图线乙的线性区间 ,非 小数) 线性区间 再将小车的质量增加至 M3=720g,重复步骤(2)的测量过程，记录钩码 20四 所受重力F与小车加速度a,如表所示（表中第 11.96 单位cm 20.90 9~14组数据未列出). 31.8 44. 序号 1 2 3 59.57 76.39 钩码所受重力 图(b) 0.020 0.040 0.060 0.080 0.100 F/(9.8N) [听课记录] 小车加速度 0.26 0.55 0.82 1.08 1.36 a/(m·s2) 序号 6 7 8 9~14 15 钩码所受重力 0.120 0.140 0.160 0.300 F/(9.8N) 小车加速度 a/(m·s2) 1.67 1.95 2.20 3.92 温馨提示 请做课时分层检测（十六） 精品教辅·智慧人生 50加速位移x1'= 2a11'2=25 速度变大，物块B和木板C产生了相对滑动， m, 故A错误，D正确；对木板和物块整体，当F1= m)a,变形得a=M十m F,当m《M时，可认为 匀速运动位移x2'=L一x1‘≈6.08m 10N时，a=0,则F1=(M十m)gsin0,当F2= 匀速运动时间，'=互=6：085=0.608s 15N时，a=2.5m/s2,则F2-(M+m)gsin0=(M m十MM,则a=7F,即a与F成正比. 0 10 十ma.联立得M+m=2kg,i0=之，但是不[例]答案（1)m2 (2)0.35 总时间t=t1′十t2'=1.441s. gcos 0 [例5]答案ABC 能求解木板C的质量，故C错误：当F2=15N; 解析(])对铁块受力分析，由牛顿第二定律有 解析若mgcos0>mgsin0且v1≤po,物块！ 时，对物块B,有mgcos0-mgsin0=ma,解得！ 先向下减速到零，然后反向加速到山从传送带 mgsin0-mgeos0=ma,解得4=&sin& gcos日 顶端高开，物块加速和减速过程对称，故A正！ 4=5,散B错误 (2)两个相邻计数点之间的时间间隔 确：若umgeos>mgsin0且1>0o,物块先向 第6课时实验四：探究加速度与物体· T=5×六s=0.10s, 下减速到零，然后反向加速到，与传送带共速！ 后向上匀速运动，故B正确：若mgcos 0-=1gsin1 受力、物体质量的关系 由逐差法和△x=aT”可得 物块将向下一直做匀速直线运动，故C正确；若考点一 a (x,十z6十z)-（十十x≈1.97m/5, 一开始物块向下加速，则物块所受合外力的大2.(1)合外力(2)质量(3)a-Fam 1 1272 小和方向均不变，物块加速度保持不变，故D! 错误 4.(2)牵引力(3)匀速(4)接通电源 放开！ 代入到=snA,解得0,35。 gcos a 第5课时专题强化：“滑块一木板”小车 阶段复习（一）力与直线运动 模型中的动力学问题 :6.(1)小车和纸带受到的阻力(3)m>m 【规范训练】答案(1)0.4(2)3.75m (4)打点计时器接通电源释放小车 考点一 [例1]答案(1)不需要(2)0.39(3)小车 (3)7+26 m [例1]答案(1)12N(2)分离5s 质量没有远远大于砂和砂桶的总质量(4)AB! 解析(1)二者即将相对滑动时，对整体有F- 解析(1)由运动学公式得1=a1t1, 解析(1)在补偿阻力这步操作中，不需要通过！ u(M+m)g=(M+m)a 细绳把砂桶挂在小车上 解得a1=2m/s2,对A由牛顿第二定律得F 对木板有mg一(M十m)g=Ma ! (2)相邻的两计数点之间还有4个点未画出，则 Amg=ma1,解得A=0.4. 联立解得F=12N. (2)t2=2.5s时B运动的位移大小xu=ot2 T=0.02×5s=0.1s (2)由于F=20N>12N,因此铁块与木板两者， 根据△x=aT 2×2.5m=5m,t2=2.5s时A运动的位移大 会分离，对铁块和木板由牛领第二定律分别有！ 可得该小车运动的加速度大小为= 13 小xA=2a142=分×2×2.52m=6.25m Fuimg=mat,umgu:(m+M)g-Ma: 4T2 解得a1=5m/s2,a2=1m/s2 _0.1537-0.0691-0.0691 2=2.5s时A、B间的距离x=Lo十xB-xA m/s2≈0.39m/s. 5m+5m-6.25m=3.75m. 根据L=2a1-2at 4×0.12 (3)对木板由牛顿第二定律得 (3)图线上端弯曲，其原因可能是小车质量没有 解得分离所需时间t=55 Amg-a(m十m十M)g=Mag,解得a2= 远远大于砂和砂桶的总质量， [例2]答案D (4)在题图乙中，每个测量数据均存在偶然误： 1m/s9 解析物块与木板恰好相对滑动时物块的加速· 设经过'物块B滑到木板的右端时A、B恰好 差，通过多次测量的方式可以减小，A正确：因 度a=ms=g=2m/s,此时对整体有Fm 砂和砂桶加速下降，处于失重状态，则细绳的拉 相碰，则7a12-L0十o,A到达木板右端， 力小于砂和砂桶的总重力，即把砂和砂桶的总！ (M十m)g=(M十m)a,解得Fm=20N<F 重力当成小车的合力导致实验中存在系统误 40N,则物块与木板相对滑动，不可能以相同的 可得2a1”=L十2a2,联立解得L 差，可以将砂和砂桶以及小车看成一个整体研 加速度做匀加速运动，故A错误： 7+26 究，这样可以避免该系统误差，B正确；实验中 m. 木板的加速度a永板 F-ng一(M+m)g 2 M 用图像法处理数据可以减小偶然误差，C错误 第四章抛体运动 40-0.2×1×10-0.2×(1+4)×10 考点二 圆周运动 m/s2= [例2]答案(1)不需要(2)0.638 (3)D 第1课时 曲线运动运动的合 7m/s,故B错误；物块的加速度a携=ms 解析(1)实验中，细线对动滑轮和小车的作用 力通过弹簧测力计测量，不需要满足M>, 成与分解 :g=2m/s2,设经过时间t物块从木板上滑落，： 5 !考点一 (2)相邻计数点间的时间间隔为T 于=50s11.切线方向 则L=豆a板-a，代入数据解得1= =0.1s :2.变速(1)匀变速曲线 1s,此时物块的速度最大为⑦=a换t=2X 根据逐差法可得小车的加速度为 :判断正误 1m/s=2m/s,故C错误：物块到达木板左端 a=十1-2=2.67+3.32-1.40-2.041.×2.√3.×4.× 4T2 4×0.12 [例1]答案C 时木板前进的位移大小工来板=立口来核1=！ ×10-2m/s2=0.638m/s2, 解析气流对雨滴有作用力，当雨滴接近空气 之X7X1m=3.5m,故D正确」 (3)小车匀速运动时有2F。=F 伞时，受到水平方向的作用力，将产生水平方向 当更换重物后，由牛顿第二定律有2F一F 的加速度，此时雨滴所受的合力与运动的方向 [例31答案(1)4m/s(2)12m/s24m/s2 不在一条直线上，所以其运动轨迹将逐渐发生 -Ma (3)8m/s3m 弯曲，速度的方向不能发生突变，故A、B错误： 2F 解析(1)由牛领第二定律知mg一maA 解得a=F-M 雨滴原来的运动方向沿竖直方向向下，当受到 A加速度的大小aA=g 可知上式为一次函数，图像为一条倾斜直线，与！ 水平方向的作用力后，水平方向做加速直线运 根据匀变速直线运动速度位移关系vA2=2aAL: 横轴交于一点，故D正确 动，竖直方向做加速直线运动，从受力点开始 合外力和速度方向成锐角，雨滴所做的运动的 解得vA=√2gL=4m/s. :[例3]答案(4)较大较小(5)如图所示 (6)远大于钩码的质量 见解析 轨迹一定是向合外力方向发生弯曲：穿过气流 (2)在左边缘再次对齐前，对B, 区后，由于雨滴的速度方向斜向下，与重力不在 根据牛领第二定律得mg十2umg=map 42/m*s2) 同一直线上，雨滴仍做曲线运动，故C正确，D 解得aB=34g=12m/s2 6.0 错误， 对齐后，对A、B整体，根据牛领第二定律得： 甲 考点二 2mg=2may',解得am'=ag=4m/s2 40 1.(1)分运动(2)合运动 (3)经过时间t,A、B达到共同速度，位移分别： ·2.平行四边形定则 为xA,A加速度的大小等于aA, 3.实际效果 2.0 则0=aa1阳一ad,工A=2aa :4.(1)时间 (2)独立进行(3)效果 10 判断正误 u=vut-2aul',xu-A=L 1.×2.×3.× 01 0.30F9.8N [例2]答案C 解得1=8m/s,xB=2.5m 解析(4)根据题图(b)分析可知，与图线甲相， 解析运动员同时参与了两个分运动，竖直方 A,B达到共同速度后，有=2au'x 比，图线乙的线性区间较大，非线性区间较小， 向向下落的运动和水平方向随风飘的运动，两 解得x'=0.5m,所以sm=xB十xu'=3m (5)在坐标系中进行描点，结合其他点用平滑的 个分运动同时发生，相互独立，水平方向的风力 考点二 曲线拟合，使尽可能多的点在线上，不在线上的： 大小不影响竖直方向的运动，即落地时间和着 [例4]答案D 点均匀分布在线的两侧，如答图所示，(6)对钩 地时竖直方向的速度不变，故A、B错误，C正 解析由图乙可知，当10N<F15N时物块1 码根据牛顿第二定律有F一T=ma,对小车根， 确：水平风力越大，水平方向的速度越大，则落 B和木板C相对静止，当F>15N时木板的加： 据牛顿第二定律有T=Ma,联立解得F=(M+! 地时的合速度越大，故D错误 460