2022年高考物理一輪-實驗　探究加速度與力、質量的關系學生版

文檔來源網(wǎng)絡整理侵權必刪PAGE13.4實驗探究加速度與力、質量的關系必備知識清單1．實驗原理(1)保持質量不變，探究加速度跟的關系．(2)保持合外力不變，探究加速度與的關系．(3)作出a－F圖象和a－eq\f(1,m)圖象，確定其關系．2．實驗器材小車、砝碼、小盤、細繩、一端附有定滑輪的長木板、墊木、打點計時器、、導線兩根、紙帶、天平、米尺．3．實驗步驟(1)測量：用天平測量小盤和砝碼的質量m′和小車的質量m.(2)安裝：按照如圖1所示裝置把實驗器材安裝好，只是不把懸掛小盤的細繩系在小車上(即不給小車)．圖1(3)平衡摩擦力：在長木板的不帶定滑輪的一端下面墊上一塊薄木塊，使小車能下滑．(4)操作：①小盤通過細繩繞過定滑輪系于小車上，先后，斷開電源，取下紙帶，編號碼．②保持小車的質量m不變，改變小盤和砝碼的質量m′，重復步驟①.③在每條紙帶上選取一段比較理想的部分，測加速度a.④描點作圖，作a－F的圖象．⑤保持小盤和砝碼的質量m′不變，改變小車質量m，重復步驟①和③，作a－eq\f(1,m)圖象．命題點精析（一）1．注意事項(1)平衡摩擦力：適當墊高木板不帶定滑輪的一端，使小車的重力沿斜面方向的分力正好平衡小車和紙帶受到的阻力．在平衡摩擦力時，不要把懸掛小盤的細繩系在小車上，讓小車拉著穿過打點計時器的紙帶勻速運動．(2)不用重復平衡摩擦力．(3)實驗條件：.(4)一先一后一按：改變拉力或小車質量后，每次開始時小車應盡量靠近，并應先接通電源，后釋放小車，且應在小車到達滑輪前按住小車．2．誤差分析(1)實驗原理不完善：本實驗用小盤和砝碼的總重力m′g代替小車的拉力，而實際上小車所受的拉力要小于小盤和砝碼的總重力．(2)摩擦力平衡不準確、質量測量不準確、計數(shù)點間距測量不準確、紙帶和細繩不嚴格與木板平行都會引起誤差．3．數(shù)據(jù)處理(1)利用Δx＝aT2及逐差法求a.(2)以a為縱坐標，F(xiàn)為橫坐標，描點、畫線，如果該線為過原點的直線，說明a與F成正比．(3)以a為縱坐標，eq\f(1,m)為橫坐標，描點、畫線，如果該線為過原點的直線，就能判定a與m成反比.典型例題例1某實驗小組“探究小車加速度與所受合外力關系”的實驗裝置如圖甲所示，長木板放置在水平桌面上，拉力傳感器固定在小車上。他們多次改變鉤碼的個數(shù)，記錄拉力傳感器的讀數(shù)F，并利用紙帶數(shù)據(jù)求出加速度a。(1)該實驗________(選填“需要”或“不需要”)滿足鉤碼總質量遠小于小車和傳感器的總質量。(2)圖乙為實驗中得到的一條紙帶，兩計數(shù)點間還有四個點未畫出，已知交流電頻率為50Hz，可求出小車的加速度大小為________m/s2(結果保留3位有效數(shù)字)。(3)以力傳感器的示數(shù)F為橫坐標，加速度a為縱坐標，畫出的a－F圖像如圖丙所示，其中橫軸截距為F0，求得圖線的斜率為k，若傳感器的質量為m0，則小車的質量為________________。練1用圖甲所示裝置探究物體的加速度與力、質量的關系。實驗前已經(jīng)調節(jié)滑輪高度，使滑輪和小車間的細線與木板平行，已經(jīng)平衡了摩擦力。g＝9.8m/s2。(1)實驗時保持小車(含車中砝碼)的質量M不變，用打點計時器測出小車運動的加速度a。圖乙為懸掛一個鉤碼后實驗中打出紙帶的一部分，從比較清晰的點跡起，在紙帶上標出連續(xù)的5個計數(shù)點A、B、C、D、E，相鄰兩個計數(shù)點之間都有4個點跡未標出，測得各計數(shù)點到A點間的距離如圖乙所示。已知所用電源的頻率為50Hz，則小車的加速度大小a＝________m/s2。若懸掛鉤碼的質量為50g，把懸掛的鉤碼和小車(含車中砝碼)看成一個整體，則小車(含車中砝碼)的質量M＝________kg。(結果均保留2位有效數(shù)字)(2)實驗時保持懸掛鉤碼的質量m不變，在小車上增加砝碼，改變小車的質量，得到對應的加速度，若用加速度作為縱軸，小車(含車中砝碼)的質量用M表示，為得到線性圖像，則橫軸代表的物理量為________。A．小車(含車中砝碼)的質量MB．小車(含車中砝碼)的質量與懸掛鉤碼的質量之和m＋MC．小車(含車中砝碼)的質量與懸掛鉤碼的質量之和的倒數(shù)eq\f(1,m＋M)D．懸掛鉤碼質量的倒數(shù)eq\f(1,m)練2為了“探究加速度與力、質量的關系”，現(xiàn)提供如圖甲所示的實驗裝置：(1)以下實驗操作正確的是()A．將木板不帶滑輪的一端適當墊高，使小車在砝碼及砝碼盤的牽引下恰好做勻速運動B．調節(jié)滑輪的高度，使細線與木板平行C．先接通電源，后釋放小車D．實驗中小車的加速度越大越好(2)在實驗中得到一條如圖乙所示的紙帶，已知相鄰計數(shù)點間的時間間隔為T＝0.1s，且間距x1、x2、x3、x4、x5、x6已量出分別為3.09cm、3.43cm、3.77cm、4.10cm、4.44cm、4.77cm，則小車的加速度a＝________m/s2.(結果保留2位有效數(shù)字)(3)有一組同學保持小車及車中的砝碼質量一定，探究加速度a與所受外力F的關系，他們在軌道水平及傾斜兩種情況下分別做了實驗，得到了兩條a-F圖線，如圖丙所示．圖線________(填“①”或“②”)是在軌道傾斜情況下得到的；小車及車中砝碼的總質量m＝________kg.命題點精析（二）實驗數(shù)據(jù)處理和誤差分析例2用圖甲所示裝置探究物體的加速度與力、質量的關系。實驗前已經(jīng)調節(jié)滑輪高度，使滑輪和小車間的細線與木板平行，已經(jīng)平衡了摩擦力。g＝9.8m/s2。(1)實驗時保持小車(含車中砝碼)的質量M不變，用打點計時器測出小車運動的加速度a。圖乙為懸掛一個鉤碼后實驗中打出紙帶的一部分，從比較清晰的點跡起，在紙帶上標出連續(xù)的5個計數(shù)點A、B、C、D、E，相鄰兩個計數(shù)點之間都有4個點跡未標出，測得各計數(shù)點到A點間的距離如圖乙所示。已知所用電源的頻率為50Hz，則小車的加速度大小a＝________m/s2。若懸掛鉤碼的質量為50g，把懸掛的鉤碼和小車(含車中砝碼)看成一個整體，則小車(含車中砝碼)的質量M＝________kg。(結果均保留2位有效數(shù)字)(2)實驗時保持懸掛鉤碼的質量m不變，在小車上增加砝碼，改變小車的質量，得到對應的加速度，若用加速度作為縱軸，小車(含車中砝碼)的質量用M表示，為得到線性圖像，則橫軸代表的物理量為________。A．小車(含車中砝碼)的質量MB．小車(含車中砝碼)的質量與懸掛鉤碼的質量之和m＋MC．小車(含車中砝碼)的質量與懸掛鉤碼的質量之和的倒數(shù)eq\f(1,m＋M)D．懸掛鉤碼質量的倒數(shù)eq\f(1,m)練3某物理課外小組利用圖甲中的裝置探究物體加速度與其所受合外力之間的關系．圖中，置于實驗臺上的長木板水平放置，其右端固定一輕滑輪；輕繩跨過滑輪，一端與放在木板上的小滑車相連，另一端可懸掛鉤碼．本實驗中可用的鉤碼共有N＝5個，每個質量均為0.010kg.實驗步驟如下：(1)將5個鉤碼全部放入小車中，在長木板左下方墊上適當厚度的小物塊，使小車(和鉤碼)可以在木板上勻速下滑．(2)將n(依次取n＝1,2,3,4,5)個鉤碼掛在輕繩右端，其余N－n個鉤碼仍留在小車內；用手按住小車并使輕繩與木板平行．釋放小車，同時用傳感器記錄小車在時刻t相對于其起始位置的位移s，繪制s-t圖象，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后可得到相應的加速度a.(3)對應于不同的n的a值見下表．n＝2時的s-t圖象如圖乙所示；由圖乙求出此時小車的加速度(保留2位有效數(shù)字)，將結果填入下表.n12345a/(m·s－2)0.200.580.781.00(4)利用表中的數(shù)據(jù)在圖丙中補齊數(shù)據(jù)點，并作出a-n圖象．從圖象可以看出：當物體質量一定時，物體的加速度與其所受的合外力成正比．(5)利用a-n圖象求得小車(空載)的質量為________kg(保留2位有效數(shù)字，重力加速度取g＝9.8m·s－2)．(6)若以“保持木板水平”來代替步驟(1)，下列說法正確的是________(填入正確選項前的標號)．A．a-n圖線不再是直線B．a-n圖線仍是直線，但該直線不過原點C．a-n圖線仍是直線，但該直線的斜率變大核心素養(yǎng)大提升創(chuàng)新實驗實驗裝置圖創(chuàng)新/改進點(1)實驗方案的改進：系統(tǒng)總質量不變化，改變拉力得到若干組數(shù)據(jù)(2)用傳感器記錄小車的時間t與位移x，直接繪制x－t圖像(3)利用牛頓第二定律求解實驗中的某些參量，確定某些規(guī)律(1)用傳感器與計算機相連，直接得出小車的加速度(2)圖像法處理數(shù)據(jù)時，用鉤碼的質量m代替合力F，即用a－m圖像代替a－F圖像續(xù)表實驗裝置圖創(chuàng)新/改進點(1)用光電門代替打點計時器，遮光條結合光電門測得物塊的初速度和末速度，由運動學公式求出加速度(2)結合牛頓第二定律，該裝置可以測出動摩擦因數(shù)彈簧測力計測量小車所受的拉力，鉤碼的質量不需要遠小于小車質量，更無須測鉤碼的質量(1)氣墊導軌代替長木板，無須平衡摩擦力(2)力傳感器測量滑塊所受的拉力，鉤碼的質量不需要遠小于滑塊質量，更無須測鉤碼的質量(3)用光電門代替打點計時器，遮光條結合光電門測得滑塊的末速度，由刻度尺讀出遮光條中心初始位置與光電門之間的距離，由運動學公式求出加速度例3某實驗小組用DIS來研究物體加速度與質量的關系，實驗裝置如圖甲所示。其中小車和位移傳感器的總質量為M，所掛鉤碼總質量為m，小車和定滑輪之間的繩子與軌道平面平行，不計輕繩與滑輪之間的摩擦及空氣阻力，重力