第3章 第16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】2027年高三物理一轮总复习

第三章运动和力的关系 [针对训练]（多选）(2026·湖 听课记录] 南宁乡市高三调研)滑板运动 已经成为亚运会中备受瞩目 的一项比赛项目，它不仅代表 了一种独特的文化，还展现了竞技体育的精神和 魅力。如图所示，某次运动中，小孩（可看作质 点)与滑板以相同初速度vo=6m/s一起滑上斜 面体，整个过程斜面体始终保持静止。已知小孩 与滑板间的动摩擦因数1=0.6，滑板与斜面间 的动摩擦因数2=0.5，小孩质量m1=25kg,滑 板质量m2=1kg,斜面体质量m3=10kg,斜面 倾角0=37°，已知sin37°=0.6，cos37°=0.8，重 力加速度g=10m/s2,则在上滑过程中，下列说 /总结提升+++++ 法正确的是 ( 处理“板块”模型中动力学问题的流程 A.小孩与滑板之间的摩擦力大小为120N 物理 B.小孩沿斜面滑行的最远距离为1.8m 建模 确定滑块一木板模型 C.地面对斜面的支持力大小为360N D.地面对斜面的摩擦力大小为208N 选研究晒离声对滑块、木板分别安力分析 对象 [例3](2024·安徽省名校联 考)如图所示，倾角0=37°的光 计算由牛顿第二定律判断是否存在速度相 4 滑斜面固定在水平地面上，初 判断 和运动学公式 等的“临界点” 始状态时，质量为M=0.2kg、 无临界滑块与木 确定相同时间内的位 长度为L=1m的薄木板放在斜面上，且薄木板 速度板分离 移关系，列式求解 判断 下端与斜面底端的距离s=1.92m,现将薄木板 结果 若F,≤Fa 假设成立， 由静止释放，同时质量m=0.1kg的滑块（可视 滑块与 由整 由隔离法 整体列式 为质点)以速度o=3m/、从木板上端沿斜面向 木板没 求滑块与 有陆界分离，假 体法 下冲上薄木板。已知滑块与薄木板间的动摩擦因 度]设速度求系 木板间的 摩擦力F 若F>Fm 数u=0.5,最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加 相等后 统加 加速度 速度 及最大静 假设不成 速度g取10m/s2,sin37°=0.6，cos37°=0.8。 摩擦力Fa 立，分别 也相等 (1)通过计算判断滑块能否脱离薄木板； 列式 (2)求薄木板从开始运动到下端到达斜面底端 的时间。 温馨提示 请做课时分层检测（十五） 第16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 : (2)保持合外力不变，探究加速度与 的 (1)学会用控制变量法研究物理量之间的关系。 关系。 (2)探究加速度与力、质量的关系。 (3)作出 图像和 图像，确定a与 (3)掌握利用图像处理数据的方法。 F、m的关系。 3.实验器材 2.实验原理 小车、槽码、细绳、一端附有定滑轮的长木板、垫 (1)保持质量不变，探究加速度与 的 木、打点计时器、学生电源、导线、纸带、天平、刻 关系。 度尺、坐标纸等。 51 精品教辅·智慧人生 高三总复习·物理 4.实验过程 7.误差分析 (1)测量：用天平测量槽码的质量m'和小车的质 (1)实验原理不完善：本实验用槽码的总重力代 量m。 替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于 (2)安装：按照如图所示装置把实验器材安装好， 槽码的总重力。 只是不把悬挂槽码的细绳系在小车上（即不给小 (2)平衡阻力不准确、质量测量不准确、计数点间 车 距离测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行 细绳 纸带 都会引起误差。 垫 [例1](2025·福建省福宁古五校期中联考)用如 端附有 小车打点计时器 图甲所示的装置探究加速度与力、质量的关系。 槽码白定滑轮 实验台 小车 纸带 打点计时器 的长木板 垫块 (3)平衡阻力：在长木板不带定滑轮的一端下面 沙桶 垫上垫木，使小车能 下滑。 (4)操作：①槽码通过细绳绕过定滑轮系于小车 上，先 后 断开电源，取下纸 甲 带，编上号码。 (1)除了图中所给器材以及交流电源和导线外， ②保持小车的质量m不变，改变槽码的质量m', 在下列器材中，还必须使用的两种器材是 重复步骤①。 (选填正确选项的字母)。 ③在每条纸带上选取一段比较理想的部分，计算 A.秒表 B.天平（含砝码） 加速度a。 C.弹簧测力计 D.刻度尺 ④描点作图，作a-F图像。 (2)实验前平衡阻力的做法是：把实验器材安装 ⑤保持槽码的质量m'不变，改变小车质量m,重 好，先不挂沙桶，将小车放在木板上，后面固定一 复步骤①和③，作a-上图像。 条纸带，纸带穿过打点计时器。用垫块把木板不 m 5.数据处理 带滑轮一端垫高，接通打点计时器，让小车以一 (1)利用逐差法或v-t图像法求a。 定初速度沿木板向下运动，并不断调节木板的倾 (2)以α为纵坐标，F为横坐标，描点、画线，如果 斜度，直到小车拖动纸带沿木板做 该线为过原点的直线，说明a与F成正比。 运动。 (3)以a为纵坐标，二为横坐标，描点、画线，如果 (3)为使沙桶和沙的总重力在数值上近似等于小 车运动时受到的拉力，需满足的条件是沙桶及沙 该线为过原点的直线，就能判定a与m成反比。 的总质量 小车的总质量。（选 6.注意事项 填“远大于”“远小于”或“近似等于”) (1)开始实验前首先平衡阻力：适当垫高木板不 (4)实验中打出的一条纸带的一部分如图乙所 带定滑轮的一端，使小车的重力沿斜面方向的分 示。纸带上标出了连续的3个计数点A、B、C,相 力正好平衡 在平衡阻 邻计数点之间还有4个点没有标出。打点计时 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。 器接在频率为50Hz的交变电源上。则打点计时 (2)实验过程中不用重复平衡阻力。 器打B点时，小车的速度B= m/s。多测 (3)实验必须保证的条件： 几个点的速度作出？-t图像，就可以算出小车的 (4)一先一后一按：改变拉力或小车质量后，每次 加速度。 开始时小车应尽量靠近 ,并应先 ,后 ,且应在小车碰到滑轮前按住 5 91011121314cml5 小车。 精品教辅·智慧人生 52 第三章 运动和力的关系 (5)为探究加速度和力的关系，要保证 的总质量不变，改变沙桶内沙的质量，重复做几 ; M+m M+m 次实验，通过实验数据来研究加速度和力的 关系。 (6)在探究加速度与力的关系 ta 时，该同学根据实验数据作出 B M+m 的a-F图像如图丙所示，发现 该图线不通过坐标原点且BC OA 丙 [听课记录] 段明显偏离直线，分析其产生的原因，下列说法 正确的是 A.不通过坐标原点可能是因为平衡阻力不足 B.不通过坐标原点可能是因为平衡阻力过度 C.图线BC段弯曲可能是沙桶及沙的总质量未 满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， 1一图 且已正确平衡阻力，由实验数据作出aM十m 线，则图线应如图中的 所示（选填正确 选项的字母)。 考点二 探索创新实验 [例2](2025·山东卷)某小组采用如图甲所示的： 速度1=0.40m/s、2=0.81m/s,以及从遮光 装置验证牛顿第二定律，部分实验步骤如下： 片开始遮住光电门1到开始遮住光电门2的时间 数字毫秒计 t=1.00s,计算小车的加速度a= m/s2 (结果保留2位有效数字)。 遮光片 (3)将托盘及砝码的重力视为小车受到的合力 光电门2 光电门T 二长直轨道 F,改变砝码质量，重复上述步骤，根据数据拟合 出a-F图像，如图乙所示。若要得到一条过原 点的直线，实验中应 (填“增大”或“减 托盘及砝码 小”)轨道的倾角。 图甲 ↑a/ms) (1)将两光电门安装在长直轨道上，选择宽度为d 0.50 的遮光片固定在小车上，调整轨道倾角，用跨过 0.40 定滑轮的细线将小车与托盘及砝码相连。选用 0.30 d= cm(填“5.00”或“1.00”)的遮光片， 0.20 可以较准确地测量遮光片运动到光电门时小车 0.10 的瞬时速度。 (2)将小车自轨道右端由静止释放，从数字毫秒 0.10 0.200.30FiN 计分别读取遮光片经过光电门1、光电门2时的 图乙 53 精品教辅·智慧人生 高三总复习·物理 (4)图乙中直线斜率的单位为 (填“kg” 听课记录] 或“kg1”)。 [听课记录] /总结提升/++++++ 创新角度 实验举例 [例3]做“探究加速度与力、质量的关系”实验时， 光电数字光电 图甲是教材中的实验方案：图乙是拓展方案，其 门2计时器门1滑块遮光条 气垫导轨的☐ 拉 实验操作步骤如下： 实验器材 传感器 打点计时器 打点计时器 创新 槽码 刻度尺 I 纸带 位移传感器，速度传感器，拉力传感 m/a 甲 器，气垫导轨，光电门 (1)挂上托盘和砝码，改变木板的倾角，使质量 打点计时器 挂上托盘和砝 M 为M的小车拖着纸带沿木板匀速下滑； 码，改变木板 (ⅱ)取下托盘和砝码，测出其总质量为，让小 的倾角，使质 车沿木板下滑，测出加速度a; 量为M的小 实验原理 ()改变砝码质量和木板倾角，多次测量，通过 创新 车拖着纸带沿木板匀速下滑，取下托 作图可得到a-F的关系。 盘和砝码，测出其总质量为m,让小 车沿木板下滑，可知小车所受合力为 (1)实验获得如图丙所示的纸带，计数点a、b、c、 mg。改变砝码质量，多次重复实验 d、、f间均有四个点未画出，打点计时器所接电 探究加速度与物体受力关系。 源频率为50Hz,则在打d点时小车的速度大小 遮光条光电门光电门 vd= m/s(保留两位有效数字)： (1)先求出 物 细线 物块的加速 a b d e 面 实验目的 度a: 重物 29303132333435363738 (2)结合牛 cm 创新 公 顿第二定律，由mg-Mg=(M十m)a (2)需要满足条件M>m的方案是 (选 得出物块与水平桌面间的动摩擦 填“甲”“乙”或“甲和乙”)：在作a-F图像时，把 因数。 mg作为F值的是 (选填“甲”“乙”或 “甲和乙"”) 温馨提示 请做课时分层检测（十六） 精品教辅·智慧人生 54两者相对位移大小为 :[例3]解析(1)由题意知小车做匀加速直线运：36s,选项C错误；小船以最短时间渡河时到达 △x=x1-x2=0.75m<L=1m 动，故=2元，将x=(36.10-32.40)cm= 对岸沿水流方向的位移大小是x=tmm=2.5X 假设成立，滑块不能脱离薄木板： (2)此后两者一起沿斜面向下运动，加速度大！3.70cm,T=0.1s,代入得v≈0.19m/s: 36m=90m,则总位移大小s=√+x 90√5m,选项D正确。 小为 (2)甲实验方案中，绳的拉力F满足： 案BD as=gsin 0=6 m/s2 F=Ma,且mg-F=ma,则F=mg,只有拓 当薄木板下端到达斜面底端时，有 1+ ·1.渡河时间不变，渡河时间与河水速度无关。 1 y-=t十2a4 M>m时，F才近似等于mg,故以托盘与陆码：2，设船恰好到达危险水域 解得t2-0.2s 的重力表示小车的合外力，需满足M>m。 边缘，图示方向船速 故从开始运动到薄木板下端到达斜面底端的时： 乙实验方案中：小车沿木板匀速下滑，小车受绳， 最小， a'd危险水域 间为1=t1十t2=0.7s。 的拉力及其他力的合力为零，且绳的拉力大小 d 答案(1)不能脱离薄木板(2)0.7s 等于托盘与砝码的重力，取下托盘及砝码，小车！ -v:sin a,tan a= 第16课时实验四：探究加速度与 所受的合外力大小等于托盘与砝码的重力ng,! 物体受力、物体质量的关系 不需要满足M>m。两个实验方案都可把ng 5,得。=30，所以船的最小速度为'= sin30°=1.25m/s。 考点一 作为F值。 、 答案(1)0.19(0.18也可)(2)甲甲和乙考点四 2.(1)合外力(2)质量(3)a-Fa- 1 :[例5]解析设塔块匀速下落的速度为，细 第四章曲线运动 4.(2)牵引力(3)匀速(4)接通电源放开小： 绳与水平方向的夹角为α，将塔块的速度沿细 车 ·第17课时 曲线运动运动的合成与分解： 绳、垂直于细绳的方向分解，则沿细绳方向的速 6.(1)小车和纸带受到的阻力(3)n>m !考点一 度为1一sina,将手的速度沿细绳、垂直于细 (4)打点计时器接通电源释放小车 1.切线方向 绳的方向分解，则沿细绳方向的速度为2 例1门]解析(1)利用天平测量质量，利用打，点·2.变速(1)匀变速曲线 vcos a,又=2，整理得v=tana,由于两人 计时器可以计时，打出的纸带需测量长度求加判断正误 相向运动的过程中，细绳与水平方向的夹角a 速度，所以需要天平和刻度尺，A、C错误，B、D1.×2./3.×4.× 逐渐增大，。保持不变，所以一直增大，B正 正确。 [例1门解析第一次实验中，小钢球受到沿初 确，ACD错误。 (2)平衡阻力时应使小车施动纸带在木板上做！ 速度方向的磁铁的吸引力作用，做直线运动，并！ 答案B 匀速直线运动。 且随着距离的减小，吸引力变大，加速度变大，针对训练 (3)为了使沙桶及沙的重力在数值上近似等于！ 故小钢球做非匀变速直线运动，远项A错误：！ B[设当乙球距离起，点3m时，轻杆与竖直方 小车运动时受到的拉力，需要使沙桶及沙的总 第二次实验中，小钢球所受的磁铁的吸引力方 向的夹角为日，则u1在沿杆方向的分量为： 质量远小于小车的总质量。 向总是指向磁铁，是变力，故小钢球的运动不是 U1cos0,vg在沿杆方向的分量为：=sin0, (4)由某段时间中间时刻的瞬时速度等于该段 类平抛运动，其轨迹也不是一条抛物线，选项B 而4#三边由题意有c0s0二2,5in0=号， 时间运动过程的平均速度，可得 错误；该实验说明物体做曲线运动的条件是物！ 4 AC(13.30-4.50)×10-2 vg一2 体受到的合力的方向与速度方向不在同一直线 m/s 0.2 上，但是不能说明做曲线运动的物体的速度方 移-3V口选项A错误，B正确：甲球即 =0.44m/s 向沿轨迹的切线方向，选项C错误，D正确。 落地时，有0=90°，此时甲球的速度达到最大， (5)探究加速度与力的关系时，需要保持小车的： 答案D 而乙球的速度为零，选项C、D错误。] 总质量不变。 [例2]解析由合力方向指向运动轨迹的“凹！ 第18课时抛体运动 (6)从题图丙可以看出，图像不过原点，即当F! 侧”，运动轨迹一定夹在速度方向和合力方向之考点一 为某一值时，但加速度却为零，所以是未平衡阻！ 间，可知C正确。 力或平衡阻力不足，故A正确，B错误；随着拉；答案C 1.水平重力 力F增大（即沙桶及沙的重力增大），已经不满考点二 12.匀变速抛物线 足沙桶及沙的总质量远小于小车总质量的条1.（1)分运动(2)合运动 :3.(1)匀速直线(2)自由落体 件，造成BC段弯曲，故C正确，D错误。 :判断正误 2.平行四边形定则 (7)在探究加速度与质量的关系时，由于平衡：3.实际效果 1./2.×3.× 了阻力，所以图像过原点，且分别对小车和沙桶4.()时间(2)独立进行(3)效果 汇例1]解析抛出的沙包做平抛运动，由h= 及沙受力分析，由牛顿第二定律可得g一F二！判断正误 ma,FT=Ma,联立解得mg=(M十m)a,整理.×2.×3× 名可得=√受，由婚因可知，教师抛出的 沙包下落的高度比学生抛出的沙包下落的高度 g,因为保证了沙和沙桶的质量不[例3]解析由题图可知，物体沿工正方向做： 得a一M十 大，则运动的时间较长，所以教师应先抛出沙 匀加速直线运动，初速度为山，一3m/s,加速} 包，两沙包才能相遇，故A、B、C错误；若A和 支，所以由实验数据作出aM干m图线，不会 度为a=6,3m/s=1.5m/s,y方向做匀速 C、B和C的高度差h和hc,测可计算出两沙 发生弯曲，故远C。 包相遇前平抛运动的时间，A、B两点的水平距 答案(1)BD(2)匀速直线(3)远小于 直线运动，速度为y,=4m/s,则物体的初速度！ (4)0.44(5)小车(6)AC(7)C 为4=√/十u,2=5m/s,故B错误；由cos0= Ac十 离可表示为LB=叫4十：=√g 考点二 匹=0.6知物体初速度方向与x轴成53°，而！ [例2]解析(1)该实验是用遮光时间内的平！ h,故D正确。 均速度表示遮光片运动到光电门时小车的瞬时： 合力方向沿x正方向，物体的加速度与初速度！ 答案D 速度，由运动学规律可知，遮光片的宽度越窄， 不垂直，故A错误；2s末，x方向的速度为，= 两个速度越接近，即小车的瞬时速度测量越粉！ x十at=6m/s,此时合速度大小为v= [例2]解析所有小面图在空中均做平抛运 动，竖直方向均为自由落体运动，根据 准，所以远用d=1.00cm的遮光片。(2)裉据题！ √u,2十u,=2√I3m/s,故C正确；由牛顿第 意可得，小车的加速度a=凹=0.41m/5 二定律可得，物体所受合力为F=na=3N,故！ 2gr得1=√g ，可知所有小面图在空中运 D错误。 (3)对小车由牛顿第二定律有，F+mgsin0-! 动的时间都相同，A正确：所有小面圈都只受到 答案C ong0s0=,整理得a=5+gn0-.0考点三 重力作用，所以加速度均为g,根据△u一g1可 知所有小面圈在空中运动过程中速度的变化量 :[例4]解析河中水流速度为U2=4cos60°= 结合题图乙可知gsin0-gcos0<0,若要得到 相同，B错误；若小面圈刚被抛出时初速度为 2.5m/s,选项A错误：小船以最短位移渡河的} 一条过原点的直线，应使sin0-4cos0=0,则！ ,根据水平方向为匀速直线运动，落在锅里的 180 应增大轨道的倾角0。(4)结合(3)问分析可！ 时间为= 1sin60 s=245s,远项！ 水平距离最小值为L,最大值为3L,有L一 知，题图乙中直线斜率表示质量的倒数，则其单！ 5×5 位为kg1 B正确：当船头方向指向正对岸时渡河时间最！ ,L==√臣对L壳< 答案(1)1.00(2)0.41(3)增大 (4)kg 短，则小船渡河的最短时间为1m一 -10、3让√，小面图落入锅中时水平选度最大值 5 461