實驗4　探究加速度與物體受力物體質(zhì)量的關(guān)系高考物理總復(fù)習(xí)新教材版

1、實驗探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系實驗方案1用阻力補償法探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系。1保持小車質(zhì)量不變，通過改變槽碼的個數(shù)改變小車所受的拉力，探究加速度與拉力的定量關(guān)系。2保持小車所受的拉力不變，通過在小車上增加重物改變小車的質(zhì)量，探究加速度與質(zhì)量的定量關(guān)系。打點計時器、紙帶、復(fù)寫紙片、小車、一端附有定滑輪的長木板、槽碼(若干個)、夾子、細繩、墊木、低壓交流電源、導(dǎo)線、天平(帶有一套砝碼)、刻度尺。1稱量質(zhì)量用天平測量小車的質(zhì)量M0。2安裝器材按照如圖所示裝置把實驗器材安裝好，只是不把懸掛槽碼的細繩系在小車上(即不給小車牽引力)。3補償阻力在長木板不帶定滑輪的一

2、端下面墊上一塊薄木塊，反復(fù)移動薄木塊的位置，直至小車在斜面上運動時可以保持勻速直線運動狀態(tài)。4讓小車靠近打點計時器，掛上槽碼，先接通電源，再讓小車拖著紙帶在木板上勻加速下滑，打出一條紙帶。計算槽碼的重力，即為小車所受的合力，由紙帶計算出小車的加速度，并把力和對應(yīng)的加速度填入表1中。5改變槽碼的質(zhì)量，重復(fù)步驟4，并多做幾次。6保持槽碼的質(zhì)量不變，在小車上放上砝碼改變小車的質(zhì)量，讓小車在木板上運動打出紙帶。計算小車上砝碼和小車的總質(zhì)量M，并由紙帶計算出小車對應(yīng)的加速度，并將所對應(yīng)的質(zhì)量和加速度填入表2中。7改變小車上砝碼的個數(shù)，重復(fù)步驟6，并多做幾次。表1小車質(zhì)量一定 拉力F加速度a表2小車所受的

3、拉力一定 質(zhì)量M加速度a1計算加速度先在各條紙帶上標明計數(shù)點，測量各計數(shù)點間的距離，再根據(jù)逐差法計算紙帶對應(yīng)的加速度。2作圖像找關(guān)系根據(jù)表1中記錄的各組對應(yīng)的加速度a與小車所受牽引力F，建立直角坐標系，描點畫aF圖像，如果圖像是一條過原點的傾斜直線，便證明加速度與合力成正比。再根據(jù)表2中記錄的各組對應(yīng)的加速度a與小車和小車上砝碼的總質(zhì)量M，建立直角坐標系，描點畫a圖像，如果圖像是一條過原點的傾斜直線，就證明了加速度與質(zhì)量成反比。1因?qū)嶒炘聿煌晟埔鹫`差。以槽碼(槽碼質(zhì)量為m)為研究對象得mgFma；以小車和小車上砝碼整體(整體質(zhì)量為MM0m砝)為研究對象得FMa；求得Fmgmgmg。本實驗用

4、槽碼的重力mg代替小車受到的拉力，而實際上小車所受的拉力要小于槽碼的重力。槽碼的質(zhì)量越小于小車和小車上砝碼的總質(zhì)量，由此引起的誤差就越小。因此，滿足槽碼的質(zhì)量遠小于小車和小車上砝碼的總質(zhì)量的目的就是減小因?qū)嶒炘聿煌晟贫鸬恼`差。2阻力補償不準確造成誤差。在補償阻力時，除了不掛槽碼之外，其他均應(yīng)該與實驗測量時的操作一致(比如要掛好紙帶、接通打點計時器等)，小車勻速運動的標志是打點計時器打出的紙帶上各相鄰兩點間的距離相等。阻力補償不足或過度都會引起誤差。3質(zhì)量的測量、紙帶上打點計時器打點間隔距離的測量、細繩或紙帶不與木板平行等都會引起誤差。4.“驗證牛頓第二定律”實驗得到的理想aF圖像應(yīng)是一條

5、過原點的直線，但由于實驗誤差影響，常出現(xiàn)如圖所示的三種情況(說明見下表)。 圖線特征產(chǎn)生原因圖線的上部彎曲當小車受力F較大時，不滿足“槽碼的總質(zhì)量遠小于小車和小車上砝碼的總質(zhì)量”的條件圖線在a軸的截距大于0補償阻力時長木板的傾角過大，F(xiàn)0(即不掛槽碼)時小車就具有了加速度圖線在F軸的截距大于0補償阻力時長木板的傾角過小，或未補償阻力，只有當F增加到一定值時，小車才獲得加速度1補償阻力：在補償阻力時，不要把懸掛槽碼的細繩系在小車上，即不要給小車加任何牽引力，且要讓小車拖著紙帶勻速運動。2不重復(fù)補償阻力：補償了阻力后，不管以后是改變槽碼的質(zhì)量還是改變小車和小車上砝碼的總質(zhì)量，都不需要重新補償阻力。

6、3實驗條件：每條紙帶都必須在滿足小車和小車上砝碼的總質(zhì)量遠大于槽碼的質(zhì)量的條件下打出。只有如此，槽碼的重力才可視為小車受到的拉力。4一先一后一按?。焊淖兝蛐≤囐|(zhì)量后，每次實驗開始時小車應(yīng)盡量靠近打點計時器，并應(yīng)先接通電源，后放開小車，且應(yīng)在小車到達定滑輪前按住小車。5作圖：作圖時，兩坐標軸單位長度的比例要適當，要使盡可能多的點落在所作直線上，不在直線上的點應(yīng)盡可能均勻地分布在所作直線兩側(cè)。實驗方案2通過位移之比測量加速度之比將兩輛相同的小車放在水平木板上，前端各系一條細線，線的另一端跨過定滑輪各掛一個小盤，盤中可以放不同的重物。把木板一端墊高，參考方案1的方法補償阻力的影響。兩小車后端各系

7、一條細線，用一個物體，例如黑板擦，把兩條細線同時按壓在木板上(如圖所示)。抬起黑板擦，兩小車同時開始運動，按下黑板擦，兩小車同時停下來。用刻度尺測出兩小車移動的位移x1、x2。由于兩小車運動時間t相同，從它們的位移之比就可以得出加速度之比。在盤中重物相同的情況下，通過增減小車中的重物改變小車的質(zhì)量?？键c1教材原型實驗例1“探究加速度與物體受力的關(guān)系”的實驗裝置如圖甲所示。(1)實驗的五個步驟如下：a將紙帶穿過打點計時器并將一端固定在小車上；b把細線的一端固定在小車上，另一端通過定滑輪與小桶相連；c補償阻力，讓小車做勻速直線運動；d接通電源后釋放小車，小車在細線拉動下運動，測出小桶(和沙)的重力

8、mg，作為細線對小車的拉力F，利用紙帶測量出小車的加速度a；e更換紙帶，改變小桶內(nèi)沙的質(zhì)量，重復(fù)步驟d的操作。按照實驗原理，這五個步驟的先后順序應(yīng)該為：_(將序號排序)。(2)實驗中打出的某一條紙帶如圖乙所示。相鄰計數(shù)點間的時間間隔是0.1 s，由此可以算出小車運動的加速度是_ m/s2。(3)利用測得的數(shù)據(jù)，可得到小車質(zhì)量M一定時，運動的加速度a和所受拉力F(Fmg，m為沙和小桶的總質(zhì)量，g為重力加速度)的關(guān)系圖像如圖丙所示。拉力F較大時，aF圖線明顯彎曲，產(chǎn)生誤差。若不斷增加沙桶中沙的質(zhì)量，aF圖像中各點連成的曲線將不斷延伸，那么加速度a的趨向值為_(用題中出現(xiàn)的物理量表示)。為避免上述誤

9、差可采取的措施是_。A每次增加桶內(nèi)沙子的質(zhì)量時，增幅小一點B測小車的加速度時，利用速度傳感器代替紙帶和打點計時器C將無線力傳感器捆綁在小車上，再將細線連在力傳感器上，用力傳感器讀數(shù)代替小車所受拉力D在增加桶內(nèi)沙子質(zhì)量的同時，在小車上增加砝碼，確保沙和小桶的總質(zhì)量始終遠小于小車和砝碼的總質(zhì)量答案(1)acbde(2)1.46(3)gC解析(1)按照實驗原理，題中五個步驟的先后順序應(yīng)該為：acbde。(2)根據(jù)xaT2可知a m/s21.46 m/s2。(3)實際小車所受拉力F實mg，對小車有F實Ma，對沙和小桶有mgF實ma，聯(lián)立得a，當m遠大于M時，ag。上述誤差是由細線拉力測量不準確造成的，

10、與m增加的快慢和a的測量無關(guān)，故A、B錯誤，C正確；本實驗需要保證小車質(zhì)量一定，故D錯誤。例2(2020北京高考)在“探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系”實驗中，做如下探究：(1)為猜想加速度與質(zhì)量的關(guān)系，可利用圖1所示裝置進行對比實驗。兩小車放在水平板上，前端通過鉤碼牽引，后端各系一條細線，用板擦把兩條細線按在桌上，使小車靜止。抬起板擦，小車同時運動，一段時間后按下板擦，小車同時停下。對比兩小車的位移，可知加速度與質(zhì)量大致成反比。關(guān)于實驗條件，下列正確的是：_(選填選項前的字母)。A小車質(zhì)量相同，鉤碼質(zhì)量不同B小車質(zhì)量不同，鉤碼質(zhì)量相同C小車質(zhì)量不同，鉤碼質(zhì)量不同(2)某同學(xué)為了定量驗證(

11、1)中得到的初步關(guān)系，設(shè)計實驗并得到小車加速度a與質(zhì)量M的7組實驗數(shù)據(jù)，如下表所示。在圖2所示的坐標紙上已經(jīng)描好了6組數(shù)據(jù)點，請將余下的一組數(shù)據(jù)描在坐標紙上，并作出a 圖像。 次數(shù)1234567a/(ms2)0.620.560.480.400.320.240.15M/kg0.250.290.330.400.500.711.00(3)在探究加速度與力的關(guān)系實驗之前，需要思考如何測“力”。請在圖3中畫出小車受力的示意圖。為了簡化“力”的測量，下列說法正確的是：_(選填選項前的字母)。A使小車沿傾角合適的斜面運動，小車受力可等效為只受繩的拉力B若斜面傾角過大，小車所受合力將小于繩的拉力C無論小車運動

12、的加速度多大，砂和桶的重力都等于繩的拉力D讓小車的運動趨近于勻速運動，砂和桶的重力才近似等于繩的拉力答案(1)B(2)圖見解析圖甲(3)圖見解析圖乙A解析(1)為猜想加速度與質(zhì)量的關(guān)系，必須控制小車所受拉力相同，而讓小車的質(zhì)量不同，所以鉤碼質(zhì)量相同，故B正確。(2)根據(jù)表中數(shù)據(jù)計算出的值，然后描點。作圖時，應(yīng)畫一條平滑曲線，使曲線過盡量多的點，不能落在線上的點應(yīng)大致均勻分布在線的兩側(cè)。a圖像如圖甲所示。(3)小車受力示意圖如圖乙所示。使小車沿傾角合適的斜面運動，此時小車所受重力沿斜面的分力大小剛好等于小車所受的摩擦力大小，則小車所受的合力可等效為只受繩的拉力，故A正確；若斜面傾角過大，則小車的

13、重力沿斜面的分力大于摩擦力，小車所受合力將大于繩的拉力，故B錯誤；由牛頓第二定律可知，只要小車加速運動，砂和桶的重力就大于繩的拉力，故C錯誤；除讓小車的運動趨近于勻速運動外，當小車的質(zhì)量遠大于砂和桶的質(zhì)量時，砂和桶的重力也近似等于繩的拉力，故D錯誤。對點跟進訓(xùn)練1為探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系，實驗裝置如圖1所示：(1)以下實驗操作正確的是_。A補償阻力時，需將木板不帶定滑輪一端適當墊高，使小車在鉤碼的牽引下恰好做勻速直線運動B調(diào)節(jié)定滑輪的高度，使細線與木板平行C補償好阻力后，將小車停在打點計時器附近，接通電源，釋放小車，小車拖動紙帶，打點計時器在紙帶上打下一系列點，斷開電源D實驗中為

14、減小誤差應(yīng)保證車及車中砝碼的總質(zhì)量遠小于鉤碼的總質(zhì)量(2)實驗中得到如圖2所示的一條紙帶(相鄰兩計數(shù)點間還有兩個點沒有畫出)，已知打點計時器頻率為50 Hz，根據(jù)紙帶可求出小車的加速度為_ m/s2(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。(3)某同學(xué)保持小車及車中砝碼質(zhì)量一定，探究加速度a與所受外力F的關(guān)系，他在軌道水平及傾斜兩種情況下分別做了實驗，得到兩條aF圖線，如圖3所示。圖線_(填“”或“”)是在軌道水平情況下得到的；小車及車中砝碼的總質(zhì)量m_ kg。答案(1)BC(2)1.3(3)0.5解析(1)實驗前要補償阻力，補償阻力時小車不能與鉤碼相連，故A錯誤；為使小車受到的合力等于細線的拉力，應(yīng)調(diào)節(jié)定滑

15、輪的高度，使細線與木板平行，故B正確；為充分利用紙帶，實驗前將小車停在打點計時器附近，實驗時要先接通電源后釋放紙帶，打下一系列點后斷開電源，故C正確；實驗中為減小誤差應(yīng)保證鉤碼的總質(zhì)量遠小于車及車中砝碼的總質(zhì)量，故D錯誤。(2)相鄰兩計數(shù)點間還有兩個點沒有畫出，所以相鄰兩計數(shù)點間的時間間隔為T0.06 s，根據(jù)逐差法可得加速度a102 m/s21.3 m/s2。(3)如果在軌道水平時做實驗而未補償阻力，則會出現(xiàn)力F大于最大靜摩擦力時才有加速度的情況，故圖線是在軌道水平情況下得到的，圖線是在軌道傾斜的情況下得到的。在軌道傾斜時(設(shè)傾角為)，由牛頓第二定律得Fmgsinfma，可得agsin，所以

16、圖像斜率為小車及車中砝碼的總質(zhì)量的倒數(shù)，故m kg0.5 kg。2.在“探究加速度與力的關(guān)系”實驗中，某小組設(shè)計了如圖所示的實驗裝置。圖中上下兩層前端均固定有光滑滑輪，兩相同小車前端各系一條細線，細線跨過定滑輪并掛上一個砝碼盤，盤中可放砝碼，小車所掛砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量是小車所掛砝碼和砝碼盤總質(zhì)量的兩倍。將砝碼和砝碼盤的總重力作為小車所受合力，兩小車尾部各系一條細線連到控制裝置上，實驗時通過控制裝置使兩小車同時開始運動，按下裝置兩小車同時立即停止。某次實驗時小車的位移為s1，小車的位移為s2。(1)為了減小實驗誤差，下列說法正確的是_。A實驗之前將軌道傾斜來補償阻力，補償阻力時需要掛上砝碼盤和

17、砝碼B實驗之前將軌道傾斜來補償阻力，補償阻力時不需要掛上砝碼盤和砝碼C砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量應(yīng)遠大于小車的質(zhì)量D砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量應(yīng)遠小于小車的質(zhì)量(2)若實驗測得小車位移近似是小車位移的兩倍，則可得實驗結(jié)論：在質(zhì)量一定的情況下，物體的加速度與所受到的合力成_(填“正比”或“反比”)。(3)由于實驗中將砝碼和砝碼盤的總重力作為小車所受合力的大小，因此s1和s2的實際大小關(guān)系是_。A2s1s2 B2s1s2 C2s1s2答案(1)BD(2)正比(3)A解析(1)實驗前需要將軌道傾斜來補償阻力，補償阻力時不需要掛上砝碼盤和砝碼，故A錯誤，B正確；若要將砝碼盤和砝碼的總重力作為小車所受合力，須滿足砝

18、碼盤和砝碼的總質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量，故C錯誤，D正確。(2)使兩小車同時開始運動，并同時停止，兩車運動的位移sat2，則位移與加速度成正比，實驗測得小車位移近似是小車位移的兩倍，由題知小車所受合力為小車的兩倍，則可得實驗結(jié)論：在質(zhì)量一定的情況下，物體的加速度與所受到的合力成正比。(3)設(shè)砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量為m，小車的質(zhì)量為M，連接砝碼盤和小車的細線中的拉力為T，則有mgTma，TMa，解得a；由于m22m1，則a22a1，由sat2知，s2”“”或“”)。答案(1)不需要(2)1.300.737(3)a2，則m1m2。4(2022江蘇省海安市高三上期初學(xué)業(yè)質(zhì)量監(jiān)測)為測量木塊與木板間的動摩擦因

19、數(shù)，一同學(xué)設(shè)計了如圖甲所示的實驗裝置，A為裝有光電門的足夠長的木板，B為與木板平滑連接的斜面，C為帶遮光片的小木塊。(1)測量遮光片寬度時，游標卡尺的示數(shù)如圖乙所示，則遮光片的寬度d_ mm。(2)保持光電門的位置不變，多次改變木塊在斜面上釋放點的位置，每次都將木塊由靜止釋放，記錄每次木塊停止時木塊中心到光電門中心的水平距離x和遮光片通過光電門的時間t，為了能直觀地顯示x與t之間的關(guān)系，即作出線性圖像，其應(yīng)作_。(填選項序號)Axt圖像 Bxt2圖像Cx圖像 Dx圖像(3)下列選項中，哪一項是實驗中必要的措施及要求_。A必須保持長木板水平放置B測量帶遮光片小木塊C的質(zhì)量C測量光電門到斜面底端的距離