第6讲　实验4：探究加速度与物体受力、物体质量的关系 课件 -2027届高三物理一轮复习

该高中物理高考复习课件聚焦“探究加速度与力、质量关系”实验专题，依据高考评价体系梳理了控制变量法应用、加速度测量、图像分析等核心考点，通过天津卷、陕西三模等真题实例明确高频考点分布，归纳实验操作判断、数据计算等常考题型。 课件亮点在于“真题解析+易错警示+创新拓展”的备考策略，如天津卷用逐差法计算加速度，陕西三模分析a-F图像弯曲原因，培养学生科学探究和科学思维素养。特设易错辨析模块纠正平衡摩擦力等常见错误，助力学生掌握实验得分技巧，教师可据此精准指导复习。

第6讲　实验4:探究加速度与物体受力、物体质量的关系 强基础·教考衔接 研考点·精准突破 目 录 索 引 强基础·教考衔接 一、实验目的 1.学会用控制变量法研究物理量的关系。 2.探究加速度与力、质量的关系。 3.掌握利用图像处理数据的方法。 二、实验器材 打点计时器、纸带、小车、一端附有定滑轮的长木板、槽码、夹子、细绳、交流电源、导线、天平、刻度尺、砝码。 三、实验思路 (一)控制变量法的应用 将小车置于水平木板上,用细绳通过滑轮与槽码相连,小车可以在槽码的牵引下运动。 1.保持小车质量不变,研究加速度与力的关系。 2.保持小车所受的拉力不变,研究加速度与质量的关系。 (二)物理量的测量 1.用天平测量质量:为了改变小车的质量,可以在小车中增减砝码的数量。 2.将打点计时器的纸带连在小车上,根据纸带上打出的点来测量加速度。 3.现实中,仅受一个力作用的物体几乎不存在。然而,一个单独的力的作用效果与跟它大小、方向都相同的合力的作用效果是相同的。因此,实验中作用力F的含义可以是物体所受的合力。用阻力补偿法确定小车受到的合力——槽码的牵引力。 四、进行实验 1.称量质量——用天平测量槽码和小车的质量。 2.安装器材——按如图所示装置安装器材(暂时不把悬挂槽码的细绳系在小车上)。 使细绳的拉力等于小车所受合力 3.平衡摩擦及其他阻力——在长木板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,直至小车能拉着纸带匀速下滑。 　 纸带上所打点均匀为标志 4.测量加速度 (1)保持小车的质量不变,打出一条纸带。计算槽码的重力,由纸带计算出小车的加速度,填入表中。改变槽码的个数,多做几次实验。 (2)保持槽码个数不变,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,并由纸带计算出小车对应的加速度,填入表中。改变小车上砝码的个数,多做几次实验。 五、数据分析 1.利用Δx=aT2及逐差法求a。 2.以a为纵坐标,F为横坐标,根据各组数据描点,如果这些点在一条过原点的直线上,说明a与F成正比。 3.以a为纵坐标,为横坐标,描点、连线,如果该线为过原点的直线,就能判定a与m成反比。 六、误差分析 1.实验原理不完善:本实验用槽码所受的重力代替小车所受的拉力,而实际上小车所受的拉力要小于槽码所受的重力。 2.摩擦力平衡不准确、质量测量不准确、计数点间距测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差。 七、其他方案概述 方案:通过位移之比测量加速度之比 如图所示,将两辆相同的小车放在水平 木板上,前端各系一条细线,线的另一端 跨过定滑轮各挂一个小盘,盘中可以放不同的重物。把木板一端垫高,参考前面的阻力补偿法补偿阻力的影响,两小车后端各系一条细线,用一个物体,例如黑板擦,把两条细线同时按压在木板上。抬起黑板擦,两小车同时开始运动,按下黑板擦,两小车同时停下来。用刻度尺测出两小车移动的位移x1、x2。由于两小车运动时间t相同,从它们的位移之比就可以得出加速度之比。完成上述实验后,在盘中重物相同的情况下,通过增减小车中的重物改变小车的质量,再进行实验。 √ √ √ × √ × 研考点·精准突破 考点一　教材原型实验 典题1 (天津卷)某同学用图示装置探究加速度与力的关系。 (1)为补偿打点计时器对小车的阻力及其他阻力,调节木板倾角,使小车在不挂槽码时运动,并打出纸带进行检验,下图中能表明补偿阻力恰当的是 　　　　。 B (2)某次实验得到一条纸带,部分计数点如下图所示(每相邻两个计数点间还有4个点,图中未画出),测得s1=6.20 cm,s2=6.70 cm,s3=7.21 cm,s4=7.73 cm。已知打点计时器所接交流电源频率为50 Hz,则小车的加速度a=　 　 m/s2 (要求充分利用测量数据,结果保留2位有效数字)。 (3)该同学将一个可以直接测出绳子拉力的传感器安装在小车上,小车和传感器总质量为210 g。按要求补偿阻力后,该同学共进行了四次实验,悬挂的槽码质量依次为5 g、10 g、20 g、40 g处理数据时,用两种方式得到小车(含传感器)受到的合力,一种将槽码所受重力当作合力、另一种将传感器示数当作合力,则这两种方式得到的合力差异最大时,槽码质量为 　　　　 g。 0.51 40 解析 (1)若补偿摩擦力恰当,则小车应该匀速运动,打出的纸带应该点迹均匀分布,故选B。 (2)每相邻两个计数点间还有4个点未画出,可知T=0.1 s,小车的加速度a= m/s2=0.51 m/s2。 (3)根据牛顿第二定律,对砝码mg-FT=ma,对小车FT=m'a,可得FT=mg,则当m较小时传感器的示数越接近与砝码的重力mg;m越大,则传感器的示数与砝码重力的差异越大,即这两种方式得到的合力差异最大时,槽码质量为40 g。 典题2 (2025陕西渭南三模)在探究加速度a与所受合力F的关系时,某同学采用下图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与所受合力F的关系。 (1)在平衡摩擦力的这步操作中,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,该同学得到的一条如图所示的纸带,他每隔4个点取一计数点,在纸带上做好0、1、2、3、4的标记,用毫米刻度尺测量出从起点0到各计数点的距离,在图中已经标出。已知电火花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2位有效数字)。 0.88 (3)采用图像处理数据,画出如图所示的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 　　　　 　　　　　　　。 小车质量没有远远大于砂和砂桶的总质量 解析 (1)该实验必须要补偿阻力。在补偿阻力的这步操作中,利用小车重力沿木板向下的分力补偿阻力,不需要通过细绳把砂桶挂在小车上。 (2)由题可知,相邻计数点之间的时间间隔T=5×0.02 s=0.1 s,根据逐差法可得小车的加速度a= m/s2=0.88 m/s2。 (3)设小车的质量为m车,砂和砂桶的总质量为m,根据牛顿第二定律,对小车则有FT=m车a,对砂和砂桶mg-FT=ma,联立可得a=,在数据处理环节,把砂和砂桶的总重力当成小车的合力F,则有a=F,当小车质量远远大于砂和砂桶的总质量时,a-F图像的斜率近似等于,图线近似是直线;随着砂和砂桶的总质量m逐渐增大,当小车质量没有远远大于砂和砂桶的总质量时,a-F图像上点与原点连线的斜率逐渐减小,则a-F图线开始变弯曲。 考点二　实验的改进与创新 考向一　实验方法的创新 典题3 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。 (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,如图图线a所示。 (3)由图线a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,如图中图线b所示。 (4)与图线a相比,图线b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)。  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 较大 较小 (5)请在图中补充描出第6至8三个数据点,并补充完成图线c。 (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 见解析 解析 (4)由题图乙分析可知,与图线a相比,图线b的线性区间较大,非线性区间较小。 (5)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,如答案图所示。 (6)设绳子拉力为FT,对钩码根据牛顿第二定律有F-FT=ma,对小车根据牛顿第二定律有FT=m车a,联立解得F=(m车+m)a,变形得a=F,当m≪m车时,可认为m+m车=m车,则a=F,即a与F成正比。 考向二　实验原理的创新 典题4 (2026广东广州期中)某同学采用图甲所示的实验装置,验证“物体质量一定时,加速度与它所受合力成正比”这一规律,试回答下列问题: (1)下列操作正确的是　　　　。 A.重物的质量务必远小于小车的质量 B.连接小车和重物的细线要与长木板 保持平行 C.每次改变小车的质量时,都需要重新 平衡阻力 D.应当先释放小车,再接通电源 B (2)该同学做实验时,木板处于水平状态就进行了其他 实验步骤,作出的小车加速度a与力传感器示数F的图 像如图乙所示,图中a1、F0、F1已知,则实验中小车受 到的阻力大小为　　　　。 (3)该同学在实验中撤去了力传感器,将细绳一端直接 连在墙上,正确进行了平衡阻力,其他操作正确,多次改 变重物的质量m,测出小车加速度a,并作的图像,图像的斜率为k,纵截距为b,则当地的重力加速度为　　　　,此时使用的小车质量为　　　; 若动滑轮的质量不可以忽略,则重力加速度的测量值　　　　 (选填“偏大” “偏小”或“不变”)。 2F0 不变 解析 (1)因为有力传感器测量细线的拉力,则不需要重物的质量远小于小车的质量,A错误;为保证小车所受合力不变,连接小车和重物的细线要与长木板保持平行,B正确;平衡阻力时满足m车gsin θ=μm车gcos θ,两边质量消掉,则每次改变小车的质量时,不需要重新平衡摩擦力,C错误;应当先接通电源,再释放小车,D错误。 (2)对小车根据牛顿第二定律2F-Ff=m车a,即a=F-,由图像可知a=0时F=F0,可得实验中小车受到的阻力大小Ff=2F0。 (3)根据牛顿第二定律,对小车有2FT=m车'a,对重物有mg-FT=m·2a,联立可知,由题意可知=k、=b,解得当地的重力加速度为g=,此时使用的小车质量为m车'=;若动滑轮的质量不可以忽略,则表达式变为,不影响图像的截距,可知重力加速度的测量值不变。 $