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-【状元桥】2027高考物理一轮总复习

物理> [例3]BD解析根据题意，由图乙可知，物块一直减速运动，且 一段时间后加速度变小，可知，物块运动一段时间后与木板共 速，并一起减速到0.物块刚滑上木板时，对木块由牛顿第二 定律有mg=ma1,解得物块的加速度大小为a=g,木板 在木块给的水平向左的滑动摩擦力和地面给的向右的滑动摩 擦力作用下，加速向左运动，当木块与木板共速后，一起向左 做减速运动，直到速度减为零，停止运动，故A错误，B正确； 当木块与木板共速后，一起向左做减速运动的过程中，对整体 受力分析，由牛顿第二定律有h(m十MDg=(m十MDa2,解得 共速后木块的加速度大小为a2=hg,由木块的)t图像可知 a1>a2,即>h1,故C错误，D正确.故选BD. [例4们D解析对煤块，根据牛顿第二定律，有mg=ma1,可得 煤块向右运动的加速度a1=g=2m/s,对长木板，根据牛顿 第二定律，有F-mg=Ma2,解得长木板向右运动的加速度 a2=1m/s2,经过t时间两者共速vo十a2t=a1t,解得t=3s, 共速后两者一起以相同的加速度向右加速，根据牛顿第二定 律，有F=(M什ma,解得a=子m/g,放AB错误；在1= 3s时间内，煤块向右运动位移=12=9m,长木板向右 运动的位移为=叶弓，解得=13.5m,煤块相对 长木板向左的位移为x=x1一x2=4.5m,故C错误，D正确. 故选D. [例5](1)2.5m/s212.5m/s2(2)10m 解析(1)小物块在长木板上滑动时受到的沿木板的滑动摩擦 力大小为F=mgcos0=7.5N,由牛顿第二定律，对小物块 有F十mgsin0=ma1,代入数据得a=12.5m/s,对长木板，由 牛顿第二定律有Mgsin0-F=M2,代入数据得a2=2.5m/s2. (2)设当小物块与长木板共速时速度为，有=a14=十 a2ti1,解得4=1s,=12.5m/s,共速后，小物块与长木板相 对静止，一起向下做匀加速运动，则共速前物块与木板的相对 位移为x=西巴-6=5m,故长木板长度至少为 2 10m. 第16课时实验四探究加速度与物体受力、 物体质量的关系 关键能力·研讨教材 例1](1)B(2)D(3)反比槽码 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.故选B. (2)根据逐差法可知s一=4a1T,s6一s2=4a2T,s7一3 4aT,5s一s4=4a4T,联立可得小车加速度表达式为a= (行++宗+)，故选D 4\4T 4T 4T2 (3)根据图像可知一与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+Ma化可得日-g·M+日：故斜单越小，槽码的质 量m越大，由图可知甲组所用的槽码质量比乙组的更大， [例2](1)一端垫高(2)AC(3)乙 解析(1)实验需补偿阻力，消除木板对小车的阻力的影响，应 将木板一端垫高，使小车在无拉力时能匀速运动. (2)作出a图像，可以将am图像“化曲为直”，便于判断，a 与m是否成反比关系，故A正确；作出a-m2图像，无法体现a 与m是否成反比关系，故B错误；作出am-m图像，若a与m D10 是成反比关系，有am为定值，则am-m图像是一条平行与横 轴的直线，可间接判断a与m是否成反比关系，故C正确；作 出a-m图像，无法体现a与m是否成反比关系，故D错误. 故选AC. (3)采用甲同学的方法进行实验时，设小车的质量为m,单个 槽码的质量为M,槽码个数为，忽略槽码盘的质量，对小车 和槽码根据牛顿第二定律分别有T=ma、nMgT=nMa,联 解得T=采用乙同学的方法进行实验时，设槽码个 m 数总共为个，小车上放有k个槽码，根据牛顿第二定律有 T=(m十bMDa、(n-k)Mg-T=(n-)Ma,联立解得T- M什m(一k)Mg,因此米用甲同学的方法时，当糟码总质量 nM+m 远小于小车质量时槽码的重力与绳子拉力相等，采用乙同学 的方法时，当单个槽码质量较小时槽码的重力与绳子拉力相 等，则乙同学的方法可以更好地减小误差 [例3](1)1.00(2)0.41(3)增大(4)kg1 解析(1)实验用遮光片通过光电门的平均速度代替瞬时速 度，遮光片宽度越小，两个速度越接近，故为较准确地测量遮 光片运动到光电门时小车的瞬时速度，选择宽度较小的d 1.00cm的遮光片. (2)根据加速度的定义式可得a=,=0.41m/s. (3)根据图像可知当有一定大小的外力F时此时小车的加速 度仍为零，可知平衡摩擦力不足，若要得到一条过原点的直 线，需要平衡摩擦力，故实验中应增大轨道的倾角. (④)图乙中直线斜牵为=岩，根据F=m可知直线斜率的 单位为kg1. [例4幻(1)控制变量法(2)平行(3)需要；撤出细绳连接的力 传感器和重物，将木板左端用垫块垫起适当高度，使小车能沿 木板匀速下滑(4)1：2 解析(1)在探究小车加速度与小车所受拉力的关系时，需保 持小车（含加速度传感器）质量不变，这种实验方法是控制变 量法. (2)实验时，为使小车受到的合外力等于细绳的拉力，要调节 定滑轮高度，使连接小车的细绳与轨道平面保持平行，保证细 绳对小车的拉力方向与小车运动方向一致，减小实验误差. (3)由图乙可知，当拉力F为某一值时才产生加速度，说明小 车受到摩擦力，需要补偿阻力.补偿方法：撤出细绳连接的力 传感器和重物，将木板左端用垫块垫起适当高度，使小车能沿 木板匀速下滑. (4)两车均从静止释放，都做初速度为零的匀加速直线运动， 根据匀变速直线运动的位移公式x=号ad,可知a=票，因为 tMwt=n:1,联立解得aw'aN=t品：=1：n2. 第四章曲线运动 第17课时曲线运动运动的合成与分解 必备知识·链接教材 一、1.切线方向2.变速(1)匀变速曲线3.加速度合力 二、1.(1)分运动(2)合运动2.平行四边形定则3.实际效果 4.(1)时间(2)独立进行(3)效果 考教衔接 1.A解析篮球做曲线运动，所受合力指向运动轨迹的凹侧.故 选A. 2.B解析设两边绳与竖直方向的夹角为日，塔块沿竖直方向匀 速下落的速度为跳，将姚沿绳方向和垂直绳方向分解，将☑ 沿绳子方向和垂直绳方向分解，可得v,cos=sin9,解得v= 、a:由于塔块匀速下落时0在减小，故可知0一直增大，故 选B.物理> 第16课时 实验四 探究加速度与物体受 [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.了角 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. 必备知识 链接教材。 一、实验思路与操作 装置图与思路 操作要领 1.测量：用天平测出小车和槽码的质量 分别为M,、mo,并把数值记录下来. 细绳 纸带 2.安装：将小车置于带有定滑轮的木板 上，将纸带穿过打点计时器后挂在小 槽 一而有 小车打点计时器 车尾部. 2定滑轮 品的长木板 实验台 3.平衡阻力：用薄垫块将一端垫高. 4.悬挂槽码：在细线一端挂上槽码， 思路：(1)保持小车质量不变→ 一端系在小车前端。 测得不同拉力下小车运动的加 5.收集纸带数据：先开启打点计时器，再 速度→分析二者之间的定量 释放小车，在纸带上打出一系列点. 关系. 6.改变小车受力：保持小车的质量不 (2)保持小车所受的拉力不变→ 变，通过增加槽码的数量改变小车 测得不同质量的小车运动的加 受力. 速度→分析二者的定量关系， 7.改变小车质量：保持槽码的数量（小车 所受的拉力)不变，通过增加或减少小 车上的砝码的方式，改变小车的质量. 二、数据处理和实验结论 1.利用△x=aT及逐差法求a. 2.以α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，如图甲所示，说明α与F成正比. 3.以α为纵坐标，为横坐标，描点、连线，如果连线为过原点的直 线，如图乙所示，就能判定a与M成反比. 52 ]、物体质量的关系 P答案见Do 辉实验的注意事项，会对实验进行 注意事项 1.平衡阻力：平衡阻力时，不 要把悬挂槽码的细绳系在 小车上，让小车连着纸带 匀速运动. 2.质量：槽码质量m远小于 小车质量M. 3.平行：使细绳与长木板 平行. 4.靠近：小车从靠近打点计 时器的位置释放. 5.先后：实验时先接通电源 后释放小车. 误差分析 1.偶然误差 (1)小车、槽码质量的 测量. (2)纸带上各计数点间距 的测量. 2.系统误差 (1)平衡阻力不足或者 过度. (2)用槽码的重力替代细 绳的拉力. [学习笔记] 。关键能力 考点一 教材原型实验 例1(2024甘肃卷)用图1所示实验装置探究外力 一定时加速度与质量的关系。 打点计时器 定滑轮 细绳砝码 纸带 小车 垫块 槽码 长木板 图1 (1)以下操作正确的是 (单选，填正确答 案标号). A.使小车质量远小于槽码质量 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2所示，相邻两点之间的距离分别为s、52、…、 $8,时间间隔均为T.下列加速度算式中，最优的 是 (单选，填正确答案标号) 图2 Aa=7(+元+元+十 T ”++) 2T2 2示宗+2示) Ca=(元+宗++3+ 4二 3T Da=(行+++》 (3)以小车和砝码的总质量M为横坐标，加速度的 第三章运动和力的关系I1 研讨教材 倒数。为纵坐标，甲，乙两组同学分别得到的。M 图像如图3所示. ms) 2.0 1.5 1.0 0.5 04 0.2000.4000.6000.8001.000M/hkg 图3 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 [学习笔记] 思考感悟 1.实验方法：控制变量法. 2.实验条件：①平衡摩擦力；②m《M. 3.数据处理方法：图像法—化曲为直。 例2(2025陕晋青宁卷)下图为探究加速度与力、 质量关系的部分实验装置， 小车 木板 槽码 实验桌 槽码盘 (1)实验中应将木板 (选填“保持水 平”或“一端垫高”). (2)为探究加速度a与质量m的关系，某小组依 据实验数据绘制的a-m图像如图所示，很难直 观看出图线是否为双曲线.如果采用作图法判断 a与m是否成反比关系，以下选项可以直观判断 的有 (多选，填正确答案标号) ↑a/(ms 0.80 m/kga/(m·s2) 0.70 0.25 0.618 0.60 0.50- 0.33 0.482 0.40 0.40 0.403 0.30 0.20 0.50 0.317 0.10 m/kg 1.00 0.152 00.200.400.600.801.001.201.40 53 物理 Aa功图像 B.a-m2图像 C.am-m图像 D.a2-m图像 (3)为探究加速度与力的关系，在改变作用力时， 甲同学将放置在实验桌上的槽码依次放在槽码盘 上；乙同学将事先放置在小车上的槽码依次移到 槽码盘上，在其他实验操作相同的情况下， (选填“甲”或“乙”)同学的方法可以更好地减小 误差。 [学习笔记] 考点二 创新拓展实验 考向1。改进测量加速度的方案 例3(2025山东卷)某小组采用如图甲所示的装置验 证牛顿第二定律，部分实验步骤如下： 数字毫秒计 小车 遮光片 光电门2 光电门 长直导轨 托盘及砝码 甲 (1)将两光电门安装在长直轨道上，选择宽度为d 的遮光片固定在小车上，调整轨道倾角，用跨过定 滑轮的细线将小车与托盘及砝码相连.选用d= (选填“5.00”或“1.00”)cm的遮光片，可 以较准确地测量遮光片运动到光电门时小车的瞬 时速度 (2)将小车自轨道右端由静止释放，从数字毫秒计 分别读取遮光片经过光电门1、光电门2时的速度 =0.40m/s、2=0.81m/s,以及从遮光片开始 遮住光电门1到开始遮住光电门2的时间t= 1.00s,计算小车的加速度a= m/s2(结 果保留2位有效数字) (3)将托盘及砝码的重力视为小车受到的合力F, 改变砝码质量，重复上述步骤，根据数据拟合出 54 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 (选填“增大”或“减小”) 轨道的倾角。 ta/(m's） 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 04 0.100.200.30FN 乙 (4)图乙中直线斜率的单位为 (选填g”或kg1. [学习笔记 考向2。改进测量力的方案 例4(2025广西卷)在用如图甲的装置做“探究加 速度与力、质量的关系”实验中： 加速度传感器 定滑轮 重物白器 甲 (1)探究小车加速度与小车所受拉力的关系时，需 保持小车（含加速度传感器，下同）质量不变，这种 实验方法是 (2)实验时，调节定滑轮高度，使连接小车的细绳 与轨道平面保持 (3)由该装置分别探究M、N两车加速度a和所受 拉力F的关系，获得a-F图像如图乙，通过图乙 分析实验是否需要补偿阻力（即平衡阻力）.如果 需要，说明如何操作；如果不需要，说明理由， (4)悬挂重物让M、N两车从静止释放经过相同 位移的时间比为，两车均未到达轨道末端，则两 车加速度之比aMw:aw= [学习笔记] 友情提示请完成P329跟踪评价