实验4 探究加速度与物体受力、物体质量的关系 课件-2027届高考物理一轮复习

该高中物理高考复习课件聚焦“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”实验专题，依据高考评价体系明确实验原理、数据处理、误差分析三大核心考点，结合浙江选考真题分析“平衡阻力操作”“逐差法计算加速度”“a-F图像误差分析”等高频题型，构建系统备考框架。 课件亮点在于“真题解析+素养导向”的复习策略，如以2026浙江选考真题为例，详解“遮光条宽度测量”“光电门速度计算”等实验创新点，培养学生科学探究和科学思维素养。特设“误差分析模板”和“实验创新案例库”，助力学生掌握实验题答题逻辑，教师可据此精准定位学生薄弱环节，提升复习效率。

实验4 探究加速度与物体受力、物体质量的关系 要点梳理 一、实验要点 二、注意事项 1.平衡阻力:适当垫高木板不带定滑轮的一端,使小车的重力沿斜面方向的分力正好平衡小车和纸带受到的阻力,在平衡阻力时,不要把悬挂槽码的细绳系在小车上,让小车拉着穿过打点计时器的纸带匀速运动。平衡操作之后不需要重复平衡阻力。 2.实验条件:小车的质量m'远大于槽码的总质量m(如果采用力传感器测量拉力,则无视该条件)。 3.操作要领: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。 4.误差分析 (1)实验原理不完善:本实验用槽码的总重力m总g代替小车的拉力,而实际上小车所受的拉力要小于槽码的总重力。 (2)平衡阻力不准确、质量测量不准确、计数点间距离测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差。 方法指导 一、实验原理与实验操作 本实验的难点是测量小车受到的合力,实验通过两个“替代”关系测量小车受到的合力,使小车合力的测量转化为对悬挂物重力的测量。 1.平衡阻力——用小车所受的拉力替代合力 小车受力为重力、拉力、阻力、支持力,平衡阻力后,使重力、阻力和支持力的合力为零,则小车所受的拉力等于小车所受的合力。 2.小车质量(m')远大于悬挂物质量(m)——用悬挂物重力替代小车所受的拉力 由牛顿第二定律,系统加速度a=g,小车所受的拉力F=m'a=m'mg,显然,当m'≫m时,F≈mg。 典例　(2025浙江五域联盟高三模拟)在探究加速度a与物体所受合力F的关系时,某实验小组采用图甲所示的实验装置进行实验探究。控制小车质量不变,寻找其加速度a与其所受合力F的关系。 (1)该实验必须平衡阻力。在平衡阻力的这步操作中,该同学　　　　(选填“需要”或“不需要”)通过细绳把砂桶挂在小车上。  不需要 (2)在实验中,该同学得到的一条纸带如图乙所示,他在纸带上标记了五个计数点1、2、3、4、5,相邻两计数点之间还有4个点未画出,用刻度尺测量出从1到各计数点的距离,在图乙中已经标出。已知电火花打点计时器的打点周期为0.02 s,则该小车运动的加速度大小为　　　　 m/s2 。(计算结果保留两位有效数字)   0.39　 (3)在数据处理环节,小车所受的合力F为砂和砂桶的总重力,采用图像法处理数据,画出a-F图像如图丙所示,经计算求得图线直线部分的斜率为k,则小车的质量 为　　　,图线上端弯曲,并不是直线,出现这一问题的可能原因是 　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　。  　 不满足小车的质量远大于砂和砂桶的总质量(或“不满足砂和砂桶的总质量远小于小车的质量”等类似答案均可) (4)关于本实验存在的误差,下列说法正确的是　　　　。  A.在用刻度尺测量出从1到各计数点的距离时,存在偶然误差,可以通过多次测量取平均值的方式减小偶然误差 B.把砂和砂桶的总重力当成小车所受的合力导致实验中存在系统误差,可以将砂和砂桶以及小车看成一个整体研究,在保证整体质量一定的前提下转移砂桶中的砂到小车上,以改变力的大小,可以消除此系统误差 C.实验中用图像法处理数据并不能减小误差,只是能直观的得出a与F的关系 AB 解析 (1)在平衡阻力这步操作中,不需要通过细绳把砂桶挂在小车上。 (2)相邻的两计数点之间还有4个点未画出,则T=0.02×5 s=0.1 s,根据逐差法可得该小车运动的加速度大小为a= m/s2 =0.39 m/s2。 (3)根据牛顿第二定律有F=ma,整理得a=,图线的斜率为k=,可得小车的质量为m=,图线上端弯曲,其原因可能是小车的质量没有远远大于砂和砂桶的总质量。 (4)在题图乙中,每个测量数据均存在偶然误差,通过多次测量取平均值的方式可以减小,故A正确;因砂和砂桶加速下降,处于失重状态,则细绳的拉力小于砂和砂桶的总重力,即把砂和砂桶的总重力当成小车所受的合力导致实验中存在系统误差,可以将砂和砂桶以及小车看成一个整体研究,在保证整体质量一定的前提下转移砂桶中的砂到小车上,以改变力的大小,可以消除系统误差,故B正确;实验中用图像法处理数据可以减小偶然误差,故C错误。 二、数据处理与误差分析 本实验的偶然误差主要由质量的测量、计数点间距测量引起,可通过多次测量取平均值减小误差。本实验的系统误差主要由两个因素产生,分析如下: (1)平衡阻力不准造成的误差 a-F图像不通过原点,分两种情况: ①当平衡阻力不够时,F≠0,a=0。 ②当平衡阻力过度时,F=0,a≠0。 (2)由于不满足m'≫m引起的误差 a-F图像和a-图像都向下弯曲,分析: ①在a-F图像中,根据a=mg,m'一定,当满足m'≫m时,图像斜率视为不变,图像为直线。不满足m'≫m时,随着m增大,图像斜率减小,图像向下弯曲。 ②在a-图像中,根据a=mg=,m一定,当满足m'≫m时,图像斜率视为mg不变,图像为直线。不满足m'≫m时,随着m'减小,图像斜率减小,图像向下弯曲。 典例　(2026浙江1月选考)“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图甲所示。 (1)某次实验中得到的纸带的一部分如图乙所示。每5个连续打出的点为一个计数点,电源频率为50 Hz,打下计数点3时小车速度为　　　　 m/s。(保留三位有效数字)  甲 乙 0.390 (2)下列说法正确的是　　　　(多选)。  A.改变小车总质量,需要重新补偿阻力 B.将打点计时器接到输出电压为8 V的交流电源上 C.调节滑轮高度,使牵引小车的细线跟长木板保持平行 D.小车应尽量靠近打点计时器,并应先接通电源,后释放小车 CD (3)改用如图丙所示的气垫导轨进行实验。气垫导轨放在水平桌面上并调至水平,滑块在槽码的牵引下先后通过两个光电门,配套的数字计时器记录了遮光条通过光电门1、2的遮光时间分别为Δt1、Δt2,测得两个光电门间距为x,用游标卡尺测量遮光条宽度d,结果如图丁所示,其读数d=　　　　 mm,则滑块 加速度a=　　 　　。(用题中所给物理量符号表示)  丙 丁 10.00 　 解析 (1)相邻计数点间的时间间隔T=0.1 s,打计数点3时的速度 v3= m/s=0.390 m/s。 (2)平衡摩擦力时满足mgsin θ=μmgcos θ,两边质量消掉,可知改变小车质量时不需要重新平衡摩擦力,选项A错误;电火花打点计时器需要接220 V交流电源,选项B错误;调节滑轮高度,使牵引小车的细线跟长木板保持平行,选项C正确;小车应尽量接近打点计时器,并应该先接通电源后释放小车,以充分利用纸带,选项D正确。 (3)遮光条宽度d=10 mm+0.05 mm×0=10.00 mm;经过两光电门时的速度分别为v1=,v2=,根据=2ax,解得a=。 三、实验创新 创新角度 实验装置图 创新解读 实验原理 的创新   1.利用力传感器可得轻绳上拉力大小。 2.将探究加速度与合力的关系转化为探究加速度与力传感器的示数的关系 创新角度 实验装置图 创新解读 实验器材 的创新   利用位移传感器与计算机相连,直接得出小车的加速度   1.用光电门代替打点计时器,结合遮光条的宽度可测滑块的速度。 2.利用气垫导轨代替长木板,无需平衡阻力。 3.由力传感器测滑块的拉力,无需满足m≪m' 创新角度 实验装置图 创新解读 实验过程 的创新   1.结合光电门得出物块在A、B两点的速度,由=2ax得出物块的加速度。 2.结合牛顿第二定律mg-μm'g=(m'+m)a得出物块与水平桌面间的动摩擦因数 典例　某探究小组利用如图甲所示的装置来测量物体质量。A为装有挡光片的钩码,总质量为m0,挡光片的宽度为b,轻绳一端与A相连,另一端跨过光滑轻质定滑轮与待测物体B(质量小于m0)相连,不计绳重、摩擦及空气阻力,重力加速度为g。实验步骤如下: 甲 ①用力拉住B,保持A、B静止,测出此时挡光片上端到光电门的距离h; ②自由释放B,A下降过程中经过光电门,测出挡光片的挡光时间t; ③改变挡光片上端到光电门的距离,重复步骤①②,以为纵坐标、h为横坐标,画出-h图像。 根据以上实验过程,回答下列问题: (1)用螺旋测微器测得挡光片的宽度如图乙所示,则挡光片的宽度 b=　　　 mm。  乙 (2)将挡光片经过光电门的平均速度视为钩码A下降h时的瞬时速度。某次测量中,测得h=0.520 m,t=2.1 ms,则此次测量挡光片经过光电门时的瞬时速度大小为　　　 m/s,物体A的加速度大小为　　 　　 m/s2。(结果均保留三位有效数字)  3.200 1.52 2.23 (3)如图丙所示,-h图像是一条直线,若图线斜率为k,则物体B的质量为　 　　　。(用题干所提供物理量的符号表示)  丙 m0 解析 (1)螺旋测微器读数为b=3 mm+20.0×0.01 mm=3.200 mm。 (2)挡光片经过光电门时的瞬时速度大小为v==1.52 m/s,根据运动学公式v2=2ah,解得a==2.23 m/s2。 (3)由A、B组成的系统机械能守恒,可知(m0-m)gh=(m0+m)v2,整理得 h,图线斜率k=,解得m=m0。 $