第3章 实验4 探究加速度与力、质量的关系（PPT课件）-【精讲精练】2027年高考物理一轮复习

该高中物理高考复习课件聚焦牛顿运动定律实验专题，依据高考评价体系梳理了控制变量法应用、加速度与力和质量关系探究、数据处理（图像法、逐差法）等核心考查要求。通过分析近五年高考真题，明确实验操作判断、误差分析、图像分析等高频考点分布，归纳出教材原型实验与创新拓展实验两类常考题型，体现高考备考的针对性和实用性。 课件亮点在于“真题解析+方法提炼+素养提升”的备考策略，如以2024年甘肃卷实验题为例，深入剖析逐差法最优计算、a-F图像斜率分析等突破方法，培养学生科学探究和科学思维素养。特设“误差分析指南”和“实验操作规范”模块，帮助学生熟练掌握答题技巧，教师可据此开展精准复习，提升学生高考冲刺效率。

实验四　探究加速度与力、 质量的关系 第三章　牛顿运动定律 栏目导航 第三章　牛顿运动定律 1 栏目导航 基础知识•落实 01 核心考点•突破 02 知能达标•训练 03 栏目导航 第三章　牛顿运动定律 1 基础知识•落实 栏目导航 栏目导航 第三章　牛顿运动定律 1 栏目导航 第三章　牛顿运动定律 1 栏目导航 第三章　牛顿运动定律 1 栏目导航 第三章　牛顿运动定律 1 栏目导航 第三章　牛顿运动定律 1 栏目导航 第三章　牛顿运动定律 1 栏目导航 第三章　牛顿运动定律 1 栏目导航 第三章　牛顿运动定律 1 栏目导航 第三章　牛顿运动定律 1 栏目导航 第三章　牛顿运动定律 1 栏目导航 第三章　牛顿运动定律 1 栏目导航 第三章　牛顿运动定律 1 栏目导航 第三章　牛顿运动定律 1 栏目导航 第三章　牛顿运动定律 1 核心考点•突破 栏目导航 栏目导航 第三章　牛顿运动定律 1 栏目导航 第三章　牛顿运动定律 1 栏目导航 第三章　牛顿运动定律 1 栏目导航 第三章　牛顿运动定律 1 栏目导航 第三章　牛顿运动定律 1 栏目导航 第三章　牛顿运动定律 1 栏目导航 第三章　牛顿运动定律 1 栏目导航 第三章　牛顿运动定律 1 栏目导航 第三章　牛顿运动定律 1 栏目导航 第三章　牛顿运动定律 1 栏目导航 第三章　牛顿运动定律 1 栏目导航 第三章　牛顿运动定律 1 栏目导航 第三章　牛顿运动定律 1 栏目导航 第三章　牛顿运动定律 1 栏目导航 第三章　牛顿运动定律 1 栏目导航 第三章　牛顿运动定律 1 栏目导航 第三章　牛顿运动定律 1 栏目导航 第三章　牛顿运动定律 1 栏目导航 第三章　牛顿运动定律 1 栏目导航 第三章　牛顿运动定律 1 栏目导航 第三章　牛顿运动定律 1 栏目导航 第三章　牛顿运动定律 1 栏目导航 第三章　牛顿运动定律 1 栏目导航 第三章　牛顿运动定律 1 栏目导航 第三章　牛顿运动定律 1 栏目导航 第三章　牛顿运动定律 1 知能达标•训练 栏目导航 栏目导航 第三章　牛顿运动定律 1 谢谢观看 栏目导航 第三章　牛顿运动定律 1 一、实验目的 1．学会用控制变量法研究物理规律。 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、实验原理 采取控制变量法，即先控制小车的质量M不变，探究加速度a与力F的关系；再控制小盘和砝码的质量不变，即力不变，探究加速度a与小车质量M的关系。 三、实验器材 小车，砝码(或槽码)，小盘，细绳，附有定滑轮的长木板，薄木块，打点计时器，低压交流电源，导线，纸带，复写纸，托盘天平，米尺等。 四、实验步骤 1．称量质量 用天平测小盘的质量m0和小车的质量M0。 2．安装器材 按照实验原理图把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细绳系在小车上(即无小车牵引力)。 3．平衡摩擦力 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，直至小车在不挂小盘和砝码的情况下能沿木板做匀速直线运动为止。 4．测量加速度 (1)保持小车的质量不变：让小车靠近打点计时器，挂上小盘和砝码，先接通电源，再让小车拖着纸带在木板上匀加速下滑，打出一条纸带。计算小盘和砝码所受的重力，即为小车所受的合力，由纸带计算出小车的加速度，并把力和对应的加速度填入表(一)。改变小盘内砝码的个数，并多做几次实验。 (2)保持小盘内的砝码个数不变：在小车上放上砝码改变小车的质量，让小车在木板上运动打出纸带。计算车上砝码和小车的总质量M，由纸带计算出小车对应的加速度，并将所对应的质量和加速度填入表(二)。改变小车上砝码的个数，并多做几次实验。 表(一) 实验次数 加速度a/(m·s-2) 小车受力F/N 1 2 3 4 表(二) 实验 次数 加速度 a/(m·s-2) 小车和车上砝 码的总质量M/kg 小车和车上砝码的总质量的倒数/kg-1 1 2 3 4 五、数据处理 1．计算加速度 在纸带上标明计数点，测量各计数点间的距离，根据逐差法计算各条纸带对应的加速度。 2．图像法处理实验数据 根据记录的加速度a与小车所受的合力F，描点作a-F图像，如果图像是一条过坐标原点的倾斜直线，便证明加速度与合力成正比。再根据记录的加速度a与小车和砝码总质量M，描点作a-图像，如果图像是一条过坐标原点的倾斜直线，就证明了加速度与质量成反比。 六、误差分析 1．因实验原理不完善引起的系统误差 以砝码为研究对象得mg－F＝ma，以小车和车上砝码为研究对象得F＝Ma，求得F＝·mg＝·mg＜mg。本实验用小盘和砝码所受的总重力mg代替对小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于小盘和砝码所受的总重力。小盘和砝码的总质量远小于小车的质量，可以减小误差。 2．摩擦力平衡不准确、质量的测量、打点计时器打点时间间隔不相等、纸带上各点距离的测量、细绳或纸带不与木板平行等都会引起误差。 七、注意事项 1．平衡摩擦力 在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细绳系在小车上，即不要给小车施加任何牵引力，并要让小车拖着纸带匀速运动。平衡了摩擦力后，不论实验中是改变小盘和砝码的总质量还是改变小车和砝码的总质量，都不需要重新平衡摩擦力。 2．实验条件 每条纸带都必须在满足小车的质量远大于小盘和砝码的总质量的条件下打出。只有如此，小盘和砝码所受的总重力才可视为小车受到的拉力。 考点一　教材原型实验 　(2024·甘肃卷)用图甲所示的实验装置探究外力一定时加速度与质量的关系。 (1)以下操作正确的是________。(填字母) A．使小车的质量远小于槽码的质量 B．调整垫块位置以补偿阻力 C．补偿阻力时移去打点计时器和纸带 D．释放小车后立即打开打点计时器 (2)保持槽码的质量不变，改变小车上砝码的质量，得到一系列打点纸带。其中一条纸带的计数点如图乙所示，相邻两点之间的距离分别为s1、s2、…、s8，时间间隔均为T。下列加速度的算式中，最优的是_________。(填字母) A．a＝ B．a＝ C．a＝ D．a＝ (3)以小车和砝码的总质量M为横坐标，加速度的倒数为纵坐标，甲、乙两组同学分别得到的-M图像如图丙所示。由图可知，在所受外力一定的条件下，a与M成________(选填“正比”或“反比”)；甲组所用的________(选填“小车”“砝码”或“槽码”)质量比乙组的更大。 [解析]　(1)为了使小车所受的合外力大小近似等于槽码的总重力，故应使小车质量远大于槽码质量，故A错误；为了保证小车所受细线拉力等于小车所受合力，则需要调整垫块位置以补偿阻力，也要保持细线和长木板平行，故B正确；补偿阻力时不能移去打点计时器和纸带，需要通过纸带上点迹是否均匀来判断小车是否做匀速运动，故C错误；根据操作要求，应先打开打点计时器再释放小车，故D错误。 (2)根据逐差法可知s5－s1＝4a1T2，s6－s2＝4a2T2，s7－s3＝4a3T2，s8－s4＝4a4T2 联立可得小车加速度表达式为a＝，故选D。 (3)根据图像可知与M成正比，故在所受外力一定的条件下，a与M成反比；设槽码的质量为m，则由牛顿第二定律mg＝(m＋M)a，化简得＝·M＋，故斜率越小，槽码的质量m越大，由题图可知甲组所用的槽码质量比乙组的更大。 [答案]　(1)B　(2)D　(3)反比　槽码 某同学在进行验证加速度与力、质量的关系实验时，使用的装置如图所示，将一端带有定滑轮的长木板放在水平桌面上，再将滑块放在长木板上，滑块前端固定一拉力传感器，在传感器上系一细绳，绳的另一端跨过定滑轮后挂上钩码，滑块后端与一条穿过打点计时器的纸带相连。据此回答下列问题。 (1)下列关于该实验的说法正确的是________。(填字母) A．采用了控制变量法 B．应先释放滑块再接通打点计时器的电源 C．实验中需满足细绳的拉力近似等于钩码的重力 (2)某次实验得到如图乙所示的纸带，已知打点计时器使用的交流电的频率为f，相邻两计数点间还有四个点未画出，则滑块的加速度大小a＝____________。 (3)由实验得到滑块加速度a与拉力传感器示数F的关系如图丙所示，图线未过坐标原点的原因是______________，由图丙可知滑块的质量为________。 解析　(1)该实验是验证加速度与力、质量关系的实验，必须先使某一个量不变，研究另两个量之间的关系，运用了控制变量法，A正确；实验时应先接通电源，待打点计时器工作稳定后再释放滑块，B错误；绳上拉力可由拉力传感器读出，不需要满足细绳的拉力近似等于钩码的重力，C错误。 (2)根据逐差法得x1－x2＝3at2，又t＝5T＝，a＝。 (3)题图丙在纵轴的截距大于0，即F＝0时加速度大于0，平衡摩擦力过度(长木板的左侧垫得过高或长木板的倾角过大)；对滑块由牛顿第二定律得F＋mg sin θ－Ff＝ma，整理得a＝F＋g sin θ－，则图像的斜率k＝，又k＝＝，解得m＝。 答案　(1)A　(2)　(3)平衡摩擦力过度　 考点二　创新拓展实验 　在天宫课堂中，我国航天员演示了利用牛顿第二定律测量物体质量的实验。受此启发，某同学利用气垫导轨、力传感器、无线加速度传感器、轻弹簧和待测物体等器材设计了测量物体质量的实验，如图甲所示。 图甲 主要步骤如下： ①将力传感器固定在气垫导轨左端支架上，加速度传感器固定在滑块上； ②接通气源，放上滑块，调平气垫导轨； ③将弹簧左端连接力传感器，右端连接滑块，弹簧处于原长时滑块左端位于O点，A点到O点的距离为5.00 cm，拉动滑块使其左端处于A点，由静止释放并开始计时； ④计算机采集获取数据，得到滑块所受弹力F、加速度a随时间t变化的图像，部分图像如图乙所示。 回答以下问题(结果均保留2位有效数字)： (1)弹簧的劲度系数为________ N/m。 (2)该同学从图乙中提取某些时刻F与a的数据，作出a-F图线，如图丙中Ⅰ所示，由此可得滑块与加速度传感器的总质量为________ kg。 (3)该同学在滑块上增加待测物体，重复上述实验步骤，在图丙中作出新的a-F图线，如图丙中Ⅱ所示，则待测物体的质量为________ kg。 [解析]　(1)由题意知，弹簧处于原长时滑块左端位于O点，A点到O点的距离为5.00 cm。拉动滑块使其左端处于A点，由静止释放并开始计时。结合题图乙有Δx＝5.00 cm，F＝0.610 N 根据胡克定律，k＝，计算出k≈12 N/m。 (2)根据牛顿第二定律有F＝ma 则a-F图像的斜率为滑块与加速度传感器的总质量的倒数，根据题图丙中Ⅰ，则有＝ kg-1＝5 kg-1，则滑块与加速度传感器的总质量为m＝0.20 kg。 (3)在滑块上增加待测物体，同理，根据题图丙中Ⅱ， 则有＝ kg-1＝3 kg-1 则滑块、待测物体与加速度传感器的总质量为m′＝0.33 kg 则待测物体的质量为Δm＝m′－m＝0.13 kg。 [答案]　(1)12　(2)0.20　(3)0.13 (2026·山东德州模拟)图甲所示为某实验小组测量A、B两个箱子质量的装置图，其中D为铁架台，E为固定在铁架台上的轻质定滑轮(质量和摩擦可忽略)，F为光电门，C为固定在A上、宽度为d的细遮光条(质量不计)。此外该实验小组还准备了砝码一套(总质量m0＝1 kg)和刻度尺等工具，请在以下实验步骤中按要求作答。 (1)在铁架台上标记一位置O,并测得该位置与光电门之间的高度差h。 (2)取出质量为m的砝码放在A中，剩余砝码都放在B中，让A从位置O由静止开始下降。 (3)记录下遮光条通过光电门的时间t，根据所测数据计算出A下落到F处的速率v＝________；下落过程中的加速度大小a＝________。 (4)改变m，重复(2)(3)步骤，得到多组m及a的数据，作出a-m图像如图乙所示。 (5)由图像可得，A的质量mA＝________kg，B的质量mB＝________kg(保留两位有效数字，重力加速度大小g取10 m/s2)。 解析　(3)根据极短时间的平均速度等于瞬时速度，A下落到F处的速率为v＝ 下落过程中，A做匀加速直线运动，则v2＝2ah，解得加速度大小为a＝。 (5)对整体，根据牛顿第二定律有 (mA＋m)g－(mB＋m0－m)g＝(mA＋mB＋m0)a 整理得a＝m＋图像的斜率为 k＝＝ m/s2·kg-1＝4 m/s2·kg-1 图像的纵截距为b＝＝2 m/s2 联立解得mA＝3.0 kg，mB＝1.0 kg。 答案　(3)　　(5)3.0　1.0 $