练案18 第三章 第18讲 实验四 探究加速度与物体受力、物体质量的关系-【衡中学案】2027年高考物理一轮总复习练案

练案[18]第18讲 实验四 探究加速度与物体受力、物体质量的关系 1.（2025·陕晋青宁卷·11题)下图为探究加速度与力、 单位：cm 质量关系的部分实验装置。 小车 3.26 木板 6.91 槽码 10.95 实验桌 槽码盘 15.37 丙 (1)实验中应将木板 (填“保持水平”或“ (1)该实验必须要补偿阻力。在补偿阻力的这步操作 端垫高”)。 中，该同学 (选填“需要”或“不需要”)通 (2)为探究加速度a与质量m的关系，某小组依据实 过细绳把沙桶挂在小车上。 验数据绘制的a-m图像如图所示，很难直观看出 (2)在实验中，该同学得到了一条如图乙所示的纸带 图线是否为双曲线。如果采用作图法判断a与m 他每隔4个点取一计数点，在纸带上做好1、2、3、 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)》 4、5的标记，用毫米刻度尺测量出从起点1到各计 数点的距离，在图中已经标出。已知电火花计时 个a/(ms2) 0.80 器的打点周期为0.02s,则该小车运动的加速度 0.70 大小为 m/s2(计算结果保留2位有效数 0.60 字)。 0.50 0.40 (3)在数据处理环节，把沙和沙桶的总重力当成小车 0.30 受的合力F,采用图像法处理数据，画出如图丙所 0.20 示α-F图像，发现图线上端弯曲，并不是直线，出 0.10 m/kg 现这一问题的可能原因是 00.200.400.600.801.001.201.40 m/kg a/(m·s2) (4)关于本实验存在的误差，以下说法正确的是 0.2 0.618 A.在用刻度尺测量出从起，点到各计数点的距离 0.33 0.482 时，存在偶然误差，可以减小 0.40 0.403 B.把沙和沙桶的总重力当成小车的合力导致实 验中存在系统误差，可以消除 0.50 0.317 C.实验中用图像法处理数据不仅可以减小系统 1.00 0.152 误差，还能直观的得出a与F的关系 A4图像 3.某中学的学生准备选用以下四种方案来完成“探究加 B.a-m2图像 m 速度与力的关系”的实验，绳子和滑轮均为轻质，请回 C.am-m图像 D.a2-m图像 答下列问题： (3)为探究加速度与力的关系，在改变作用力时，甲同 打点计时器 小车 学将放置在实验桌上的槽码依次放在槽码盘上； 弹簧测 乙同学将事先放置在小车上的槽码依次移到槽码 纸带 力计 盘上，在其他实验操作相同的情况下 轻绳 (填“甲”或“乙”)同学的方法可以更好地减小 长木板 滑轮 误差。 2.在探究加速度a与所受合力F的关系时，某实验小组 重物 采用图甲所示的实验装置进行实验探究，控制小车质 量M不变，寻找其加速度a与所受合力F的关系。 纸带打点计时器 滑轮细绳 小车电火花计时器 纸带 垫块 沙桶 长木板 甲 -357 小车 打点计时器 (1)探究小车加速度与小车所受拉力的关系时，需保 纸带 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 道平面保持 重物 (3)由该装置分别探究M、N两车加速度a和所受拉 丙 力F的关系，获得a-F图像如图乙，通过图乙分析 光电 实验是否需要补偿阻力（即平衡阻力）。如果需 B 滑块遮光条 气垫导轨 A 要，说明如何操作；如果不需要，说明理由 力传 感器 (4)悬挂重物让M、N两车从静止释放经过相同位移 刻度尺 的时间比为n,两车均未到达轨道末端，则两车加 钩码 速度之比aM:aN= 入 5.学校物理兴趣小组用如图甲所示的阿特伍德机验证 (1)四种方案中，需要进行“平衡阻力”的方案是 牛顿第二定律，并测量当地的重力加速度。绕过定滑 (选填“甲”“乙”“丙”或“丁”) 轮的轻绳两端分别悬挂质量相等的重物A(由多个相 (2)四种方案中，需要满足重物或钩码质量远小于小 同的小物块叠放组成)和重物B。主要实验步骤如下： 车的质量的方案是 。(选填“甲”“乙” ①用天平分别测量一个小物块的质量和B的质量m; “丙”或“丁”) ②将A中的小物块取下一个放在B上，接通打点计时 (3)某一小组同学用图乙的装置进行实验，得到如图 器的电源后，由静止释放B,取下纸带，算出加速度大 戊所示的一条纸带（相邻两计数点间还有四个点 小，并记下放在B上的小物块的质量； 没有画出)，已知打点计时器使用的是频率为 ③重复步骤②，获得B上面的小物块的总质量△m和 50Hz的交流电。根据纸带可求出小车在E点的瞬 对应加速度大小a的多组数据。 时速度为 m/s,加速度为 m/s2 (计算结果保留3位有效数字) 单位：cm 103.095.12 9.13 11.09 D 打点计时器 纸带 皮 甲 (4)另一组学生用如图乙所示的装 个a/m·s3 164.9 置测量小车的质量M及小车与 46.0 木板的动摩擦因数，通过增减 0.2 FIN 单位：mm 悬挂钩码的数目进行多次实 -1.4 乙 验，通过分析纸带求出相应实 己 (1)某次实验打出的纸带如图乙所示，相邻两计数点 验时小车的加速度，得到多组拉力传感器示数F 间还有四个计时点未画出，已知打点计时器所用 和小车加速度a的数据，作出如图己所示的a-F 交流电源的频率为50z,则本次实验中A的加速 图像。重力加速度g为9.8m/s2,由图像可求得 度大小为 m/s2(结果保留3位有效数字)。 小车的质量M= kg,小车与长木板间的动 (2)利用本装置验证牛顿第二定律。若在误差允许的范 摩擦因数以=」 (计算结果保留2位有效 围内，满足重物A的加速度大小a= (用 数字) m、△m和当地的重力加速度大小g表示)，则牛顿 第二定律得到验证。 4.（2025·广西卷·12题)在用如图甲的装置做“探究 (3)利用本装置测量当地的重力加速度。根据放在B 加速度与力、质量的关系”实验中： 上面的小物块的总质量△m和对应加速度大小a 加速度传感器 定滑轮 的多组数据，以△m为横坐标，a为纵坐标作出 mm的 a-△m图像。若图线的斜率为k,则当地的重力加 传 速度大小可表示为g= (用k、m表示)。 重物 甲 358(3)相邻两计数点间还有四个点没有画出，可知相邻计数点时 练案[18] 间间隔为T=5×0.02s=0.1s 1.(1)一端垫高(2)AC(3)乙 根据匀变速直线运动中间时刻速度等于该段过程的平均速度， [解析](1)实验需补偿阻力，消除木板对小车的阻力的影响， 则小车在E点的瞬时速度为=2T xDF(9.13+11.09)×102 m/s 应将木板一端垫高，使小车在无拉力时能匀速运动。 2×0.1 (2)作出a品图食，可以将a-m图像“化尚为直”，便于刻断a ≈1.01m/s 与m是否成反比关系，故A正确；作出a-m图像，无法体现a 根据逐差法可得，小车的加速度为a=c 9T2 与m是否成反比关系，故B错误；作出am-m图像，若a与m是 (7.10+9.13+11.09-1.10-3.09-5.12)×102 m/s2≈2.00m/s2。 成反比关系，有am为定值，则am-m图像是一条平行于横轴的 9×0.12 直线，可间接判断a与m是否成反比关系，故C正确；作出 (4)以小车为对象，根据牛顿第二定律可得 a2-m图像，无法体现a与m是否成反比关系，故D错误。故 2F-uMg=Ma 选AC。 2 则a= ·Fg (3)甲同学的方法中，槽码依次放在槽码盘上，小车质量M不 21.4 M 变，拉力FM+mg≈mg(m为所有槽码和槽码盎的总质量）， 可知a-F图像的斜率为M02g=7kg 但随着m增大，不满足m<M条件，拉力与mg偏差增大，误差 解得小车的质量为M=名kg=0,29g 1 变大；乙同学的方法中，将小车上的槽码移到槽码盘上，总质量 a-F图像的纵轴截距为-ug=-1.4m/s2 (M+m)不变(M为小车质量，m为所有槽码和槽码盘的总质 1.4 量)，拉力F=M 川+mmg,小车加速度a=mg,由于(M+m)不变： 解得小车与长木板间的动摩擦因数为4=9.80,14 4.(1)控制变量法(2)平行(3)需要；撤去细绳连接的力传感 所以小车加速度与mg成正比，故乙同学方法更好。 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 2.(1)不需要（2)0.39(3)小车质量没有远远大于沙和沙桶的 匀速下滑(4)1：n2 总质量(4)AB [解析](1)在探究小车加速度与小车所受拉力的关系时，需 [解析](1)该实验在补偿阻力这步操作中，不需要通过细绳 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 把沙桶挂在小车上。 量法。 (2)相邻的两计数点之间还有4个点未画出，则T=0.02×5s= (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 0.1s 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 根据△x=aT 对小车的拉力方向与小车运动方向一致，减小实验误差。 可得该小车运动的加速度大小为。= (3)由题图乙可知，当拉力F为某一值时才产生加速度，说明小 4T2 车受到摩擦力，需要补偿阻力。补偿方法：撤去细绳连接的力 0.1537-0.0691-0.0691 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 m/s2≈0.39m/s2。 4×0.12 木板匀速下滑。 (3)图线上端弯曲，其原因可能是小车质量没有远远大于沙和 (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 沙桶的总质量。 据匀变速直线运动的位移公式x= 1 (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 2 at 的方式可以减小误差，A正确；因沙和沙桶加速下降，处于失重 可知a 2x 状态，则细绳的拉力小于沙和沙桶的总重力，即把沙和沙桶的 总重力当成小车的合力导致实验中存在系统误差，可以将沙和 因为tM:tN=n:1 沙桶以及小车看成一个整体研究，这样可以避免该系统误差，B 联立解得aw:av=tv2:t2=1:n2。 正确；实验中用图像法处理数据可以减小偶然误差，不能直观5.(1)0,810(2)Am (3)km 的得出a与F的关系，C错误。 [解析](1)根据题意可知，交流电源的频率为50z,因相邻 3.(1)甲、乙、丙(2)丙(3)1.012.00(4)0.290.14 两计数点间还有四个计时点未画出，则相邻计数点间的时间间 [解析](1)四种方案中，甲、乙、丙三个方案中小车均受到比 隔为0.1s,由逐差法有(164.9-46.0-46.0)×103m=a(3T)2 较大的摩擦阻力作用，都需要进行“平衡阻力”，丁方案中由于 解得a=0.810m/s2。 滑块与气垫导轨间的摩擦力可以忽略不计，则不需要进行“平 (2)对A、B组成的系统，根据牛顿第二定律有(m+△m)g-(m- 衡阻力”。故四种方案中，需要进行“平衡阻力”的方案是：甲、 △m)g=2ma 乙、丙。 (2)四种方案中，甲方案可以通过弹簧测力计测得绳子拉力， 解得a=S△m m 乙、丁方案都可以通过力传感器测得绳子拉力，而丙方案需要 (3)由(2)的结果变形可得a=三·△m,则有k=,解得g 用重物的重力近似等于绳子拉力，为了减小误差，丙方案需要 m 满足重物质量远小于小车的质量。 =kmo 609