2026届高三物理一轮复习课件第3章运动和力的关系实验4探究加速度与力、质量的关系

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四、实验步骤1.称量质量——用天平测量小盘的质量m0和小车的质量m0'。2.安装器材——按照如图所示装置把实验器材安装好,只是不把悬挂小盘的细绳系在小车上(即不给小车牵引力)。
3.平衡小车受到的阻力——把长木板不带定滑轮的一侧垫高,以平衡小车受到的阻力。调节木板的倾斜度,使小车在不受牵引力时能拖动纸带沿木板匀速运动。4.让小车靠近打点计时器,挂上小盘和槽码,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。计算小盘和槽码的重力,即为小车所受的合外力,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1中。5.改变槽码的个数,重复步骤4,并多做几次。6.保持槽码个数不变,在小车上放上砝码改变小车的质量,让小车在木板上滑动打出纸带。计算小盘和槽码的总质量m,并由纸带计算出小车对应的加速度,将所对应的质量和加速度填入表2中。7.改变小车上砝码的个数,重复步骤6,并多做几次。
六、误差分析1.测量误差(1)质量的测量。(2)打点间隔距离的测量。2.操作误差(1)拉线或纸带与木板不平行。(2)倾斜角度不当,平衡小车受到的阻力不准。3.原理误差本实验中用小盘和槽码的总重力代替小车受到的拉力(实际上小车受到的拉力要小于小盘和槽码的总重力),存在系统误差。
七、注意事项1.平衡小车受到的阻力:在平衡小车受到的阻力时,不要把悬挂小盘的细绳系在小车上,即不要给小车加任何牵引力,且要让小车拖着纸带匀速运动。2.不重复平衡小车受到的阻力:整个实验平衡了小车受到的阻力后,不管以后是改变小盘和槽码的总质量还是改变小车和砝码的总质量,都不需要重新平衡小车受到的阻力。3.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槽码的总质量的条件下打出。只有如此,小盘和槽码的总重力才可视为小车受到的拉力。4.一先一后一按住:改变拉力和小车质量后,每次开始时小车应尽量靠近打点计时器,并应先接通电源,再放开小车,且应在小车到达定滑轮前按住小车。
5.作图:作图时,两坐标轴的比例要适当,要使尽可能多的点落在所作直线上,不在直线上的点应尽可能对称地分布在所作直线两侧。
【例1】 利用如图所示装置可以做力学中的许多实验。(1)以下说法正确的一项是(　　)A.利用此装置可做研究匀变速直线运动的实验,但必须设法平衡小车所受到的阻力B.利用此装置可做验证机械能守恒定律的实验,在平衡小车所受到的阻力后,小车机械能就守恒了C.利用此装置可探究加速度a与质量m的关系,在用图像法处理数据时,如果画出的a-m关系图像不是直线,就可确定加速度与质量成反比D.利用此装置做探究动能定理实验时,应将木板带打点计时器的一端适当垫高,这样做的目的是利用小车重力沿斜面的分力平衡小车运动中所受的阻力的影响
(2)某同学在利用此装置探究加速度a与力F的关系时,若要让运动过程中细线拉力大小尽可能接近钩码的重力,应满足的条件是________________;若不断增加所挂钩码的个数,则随钩码个数的增加,小车加速度a的值将趋近于____________。 
钩码质量远小于小车质量
【例2】用如图甲所示的实验装置做探究加速度与力、质量关系的实验:
(1)实验中,为了保证砂和砂桶所受的重力近似等于使小车做匀加速运动的拉力,砂和砂桶的总质量m与小车和车上砝码的总质量m'之间应满足的条件是____________。这样,在改变小车上砝码的质量时,只要砂和砂桶质量不变,就可以认为小车所受拉力几乎不变。 (2)图乙为某次实验纸带,在相邻两计数点间都有四个打点未画出,用刻度尺测得:s1=0.55 cm,s2=0.94 cm,s3=1.35 cm,s4=1.76 cm,s5=2.15 cm,s6=2.54 cm。①计数点“6”和“7”的位移s7比较接近于____________。  cm cm cm cm②打下“3”点时小车的瞬时速度v3=____________ m/s;小车的加速度a=____________ m/s2。(计算结果均保留2位有效数字) 
解析:(1)要满足小车的质量远大于砝码及盘的质量,才能保证小车所受拉力近似等于砝码的重力,因此砂和砂桶的总质量m与小车和车上砝码的总质量m'之间应满足的条件是m≪m'。
【例3】某同学利用图甲所示装置探究质量一定时加速度与合力的关系,其主要实验步骤如下。①将矿泉水瓶P和物块Q分别与跨过轻滑轮的轻绳连接,滑轮通过竖直弹簧测力计悬挂;②将纸带上端夹在Q的下面,下端穿过打点计时器(图中未画出),往P中加一些水,接通电源,释放P后,P向下运动,读出弹簧测力计的示数F,打出点迹清晰的纸带如图乙所示;③逐渐往P中加适量水,重复实验,获得多组实验数据。
(1)在图乙所示的纸带上,相邻两个计数点间还有四个点未画出,用刻度尺测得1、5两计数点之间的距离为14.40 cm,5、9两计数点之间的距离为30.20 cm,已知打点计时器的频率为50 Hz,则Q的加速度大小为_________ m/s2 (结果保留三位有效数字)。 (2)根据实验数据,作出Q的加速度a随弹簧测力计示数F变化的图像如图丙所示,若图线的斜率为k,图线在F轴上的截距为b,不计滑轮的摩擦,重力加速度大小为g,则Q的质量为___________,滑轮的质量为________________。
解析:(1)相邻两个计数点间还有四个点未画出,计数点间的时间间隔t=0.02×5 s=0.1 s,由匀变速直线运动的推论Δx=at2可知,加速度为
1.(2024·全国甲卷)如图所示,一轻绳跨过定滑轮(不计绳重和摩擦),绳的一端系物块P,P置于水平桌面上,与桌面间存在摩擦;绳的另一端悬挂一轻盘(质量可忽略),盘中放置砝码。改变盘中砝码总质量m,并测量P的加速度大小a,得到a-m图像。重力加速度大小为g。在下列a-m图像中,可能正确的是(　　)
2.某实验小组利用如图所示的装置进行验证:当质量m一定时,加速度a与力F成正比的关系,其中F=m2g,m=m1+m2(m1为小车及车内砝码的总质量,m2为桶及桶中砝码的总质量)。具体做法是将小车从A处由静止释放,用速度传感器测出它运动到B处时的速度v,然后将小车内的一个砝码拿到小桶中,小车仍从A处由静止释放,测出它运动到B处时对应的速度,重复上述操作。图中A、B相距x。
(1)设加速度大小为a,则a与v及x间的关系式是____________。 (2)如果实验操作无误,四位同学根据实验数据作出了下列图像,其中正确的是( )
(3)(多选)下列哪些措施能够减小本实验的误差(　　)A.实验中必须保证m2≪m1B.实验前要平衡小车受到的阻力C.细线在桌面上的部分应与长木板平行D.图中A、B之间的距离x尽量小些
3.(2024·江西卷)某小组探究物体加速度与其所受合力的关系。实验装置如图甲所示,水平轨道上安装两个光电门,小车上固定一遮光片,细线一端与小车连接,另一端跨过定滑轮挂上钩码。
(1)实验前调节轨道右端滑轮高度,使细线与轨道平行,再适当垫高轨道左端以平衡小车所受摩擦力。(2)小车的质量为m1=320 g。利用光电门系统测出不同钩码质量m对应的小车加速度a。钩码所受重力记为F,作出a-F图像,如图乙图线a所示。
(3)由图线a可知,F较小时,a与F成正比;F较大时,a与F不成正比。为了进一步探究,将小车的质量增加至m2=470 g,重复步骤(2)的测量过程,作出a-F图像,如图乙中图线b所示。
(4)与图线a相比,图线b的线性区间_________,非线性区间_________。再将小车的质量增加至m3=720 g,重复步骤(2)的测量过程,记录钩码所受重力F与小车加速度a,如表所示(表中第9~14组数据未列出)。 
(5)请在图乙中补充描出第6至8三个数据点,并补充完成图线c。
(6)根据以上实验结果猜想和推断:小车的质量______________时,a与F成正比。结合所学知识对上述推断进行解释:__________________。 
4.某同学利用图甲所示装置探究滑块加速度与合力的关系,同时测量滑块与轨道间的动摩擦因数。重物通过理想的定滑轮用细线拉滑块,在滑块和细线左端之间固定一力传感器,位移传感器的接收器固定在轨道一端,位移传感器的发射器随滑块一起沿水平轨道运动。实验中,保持滑块(包括位移传感器的发射器和力传感器)的质量m'不变,改变重物的质量m,重复实验若干次,得到滑块的加速度a与力传感器的示数F的关系如图乙所示,g取10 m/s2,空气阻力不计。
(1)本实验　　　　(选填“需要”或“不需要”)满足滑块(包括位移传感器的发射器和力传感器)的质量远大于重物的质量。 (2)滑块(包括位移传感器的发射器和力传感器)的质量为　　　　　 kg,滑块与轨道间的动摩擦因数为　　　　　　。