备战2026年高考物理一轮复习-第19课时　实验4：探究加速度与物体受力、物体质量的关系课件（含练习）

第三章　运动和力的关系 第19课时　实验4：探究加速度与物体受力、物体质量的关系【复习定位】　1.理解实验的原理，明确实验过程并能进行数据处理。2.了解实验的注意事项，会对实验进行误差分析。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。CONTENTS目录页1技能储备　基础落实　2关键能力　阶梯突破3课 时 作 业技能储备　基础落实返回目录一、原理与操作二、数据处理方法1．利用逐差法或v－t图像法求a。2．探究加速度与力的关系根据多组(a，F)数据作出a－F图像。若图像是一条过原点的直线，可判断a∝F。 三、实验误差和注意事项关键能力　阶梯突破返回目录考点一　教材原型实验【例1】　用如图甲所示的装置探究加速度与力、质量的关系。(1)除了图甲中所给器材以及交变电源和导线外，在下列器材中，还必须使用的两种器材是 BD (选填正确选项的字母)。A．停表 B．天平(含砝码)C．弹簧测力计 D．刻度尺解析　利用天平测量质量，利用打点计时器可以计时，打出的纸带需测量长度求加速度，所以需要天平和刻度尺，A、C错误，B、D正确。(2)实验前补偿阻力的做法是：把实验器材安装好，先不挂沙桶，将小车放在木板上，后面固定一条纸带，纸带穿过打点计时器，用垫块把木板不带滑轮一端垫高，接通打点计时器，让小车以一定初速度沿木板向下运动，并不断调节木板的倾斜度，直到小车拖动纸带沿木板做 匀速直线 运动。解析　补偿阻力时应使小车拖动纸带在木板上做匀速直线运动。 BD 匀速直线 (3)为使沙桶和沙的总重力在数值上近似等于小车运动时受到的拉力，需满足的条件是沙桶及沙的总质量 远小于 (选填“远大于”“远小于”或“近似等于”)小车的总质量。解析　为使沙桶及沙的总重力在数值上近似等于小车运动时受到的拉力，需要使沙桶及沙的总质量远小于小车的总质量。 远小于 (4)实验中打出的一条纸带的一部分如图乙所示。纸带上标出了连续的3个计数点A、B、C，相邻计数点之间还有4个点没有标出。打点计时器接在频率为50 Hz的交变电源上。则打点计时器打B点时，小车的速度vB＝ 0.44 m/s。多测几个点的速度作出v-t图像，就可以算出小车的加速度。 0.44 (5)为探究加速度和力的关系，要保证 小车 的总质量不变，改变沙桶内沙的质量，重复做几次实验，通过实验数据来研究加速度和力的关系。解析　探究加速度与力的关系时，需要保持小车的总质量不变。 小车 (6)在探究加速度与力的关系时，该同学根据实验数据作出的a-F图像如图丙所示，发现该图线不通过坐标原点且BC段明显偏离直线，分析其产生的原因，下列说法正确的是 AC 。A．不通过坐标原点可能是因为补偿阻力不足B．不通过坐标原点可能是因为补偿阻力过度C．图线BC段弯曲可能是沙桶及沙的总质量未满足远小于小车总质量的条件D．图线BC段弯曲可能是沙桶及沙的总质量未满足远大于小车总质量的条件 AC 解析　从题图丙可以看出，图像不过原点，即当F为某一值时，加速度却为零，所以是未补偿阻力或补偿阻力不足，故A正确，B错误；随着拉力F增大(即沙桶及沙的重力增大)，已经不满足沙桶及沙的总质量远小于小车总质量的条件，造成BC段弯曲，故C正确，D错误。 【例2】　图甲为探究加速度与物体所受合外力关系的实验装置，实验中所用小车的质量为M，重物的质量为m，实验时改变重物的质量，记下弹簧测力计对应的读数F。(1)实验过程中， 不需要 (填“需要”或“不需要”)满足M≫m。解析　实验中，细线对小车的作用力可通过弹簧测力计测量，不需要满足M≫m。(2)实验过程中得到如图乙所示的纸带，已知所用交流电的频率为50 Hz。其中A、B、C、D、E为五个计数点，相邻两个计数点之间还有4个点没有标出，根据纸带提供的数据，可求出小车加速度的大小为 0.638 m/s2(计算结果保留3位有效数字)。 不需要 0.638 (3)当重物质量合适时，小车做匀速运动，此时弹簧测力计的读数为F0。更换重物，用a表示小车的加速度，F表示弹簧测力计的示数，下列描绘的a-F关系图像合理的为 D 。 D 【例3】　(2023·湖北卷)某同学利用测质量的小型家用电子秤，设计了测量木块和木板间动摩擦因数μ的实验。如图(a)所示，木板和木块A放在水平桌面上，电子秤放在水平地面上，木块A和放在电子秤上的重物B通过跨过定滑轮的轻绳相连。调节滑轮，使其与木块A间的轻绳水平，与重物B间的轻绳竖直。在木块A上放置n(n＝0，1，2，3，4，5)个砝码(电子秤称得每个砝码的质量m0为20.0 g)，向左拉动木板的同时，记录电子秤的对应示数m。(1)实验中，拉动木板时 不必 (填“必须”或“不必”)保持匀速。解析　木块与木板间滑动摩擦力的大小与木板的运动状态无关，则实验时没有必要使木板做匀速直线运动。(2)用mA和mB分别表示木块A和重物B的质量，则m和mA、mB、m0、μ、n所满足的关系式为m＝ mB－μ(mA＋nm0) 。解析　对木块、砝码组成的系统，由平衡条件得μ(mA＋nm0)g＝T，对重物B，由平衡条件得mBg＝T＋mg，联立解得m＝mB－μ(mA＋nm0)。(3)根据测量数据在坐标纸上绘制出m－n图像，如图(b)所示，可得木块A和木板间的动摩擦因数μ＝ 0.40 (保留2位有效数字)。 不必 mB－μ(mA＋nm0) 0.40 课时作业返回目录1．(2024·甘肃第二次高考诊断)某学习小组利用如图甲所示的装置验证牛顿第二定律。研究对象为小车、车上的钩码及悬挂的钩码整体，整体总质量为M，整体所受的合外力F的大小等于悬挂钩码的总重力大小，利用纸带和电火花计时器测出小车的加速度a。实验一：研究M一定时，加速度a与F的关系。实验二：研究F一定时，加速度a与M的关系。(1)下列操作必要的有 AB 。A．本实验需让木板倾斜合适的角度，平衡摩擦力B．调节定滑轮时，应使连接小车的细线与木板平行C．实验时，需满足悬挂钩码的质量远小于小车及车上钩码的质量D．实验时，应先释放小车再接通电火花计时器 AB 解析　需要让整体受到的合外力等于钩码的重力，则本实验需让木板倾斜合适角度，以平衡摩擦力，故A正确；为使整体受到的合外力不变，调节定滑轮时，应使连接小车的细线与木板平行，故B正确；研究对象为小车、车上钩码及悬挂的钩码整体，实验时并不需要满足悬挂钩码的质量远小于小车及车上钩码的质量，故C错误；为充分利用纸带，实验时应先接通电火花计时器再释放小车，故D错误。(2)实验一：小车上及细线悬挂的钩码总数不变。第一次，细线悬挂1个钩码，其余钩码放在小车上，释放小车后，小车沿斜面下滑打出一条纸带，求出此次实验小车的加速度a1；第二次，细线悬挂2个钩码，其余钩码放在小车上，求出此次实验小车的加速度a2，以此类推，共做5组实验。画出a-F图像，理论上图像斜率k＝ 。(3)实验二：细线悬挂钩码数不变。第一次，小车上不放钩码，释放小车后，小车沿斜面下滑打出一条纸带，求出此次实验小车的加速度a；第二次，小车上放1个钩码，以此类推，共做5组实验。若画出a-M图像，图线为 曲 (选填“直”或“曲”)线。 曲 (4)某次实验打出的一条纸带如图乙所示，在纸带上确定出A、B、C、D、E、F、G共7个计数点。其相邻点间的距离如图所示，每两个相邻的计数点之间还有4个点未画出，打点计时器接在周期T＝0.02 s的交流电源上，测得小车的加速度a＝ 0.80 m/s2(保留2位有效数字)。 0.80 2．在用DIS研究加速度和力的关系实验中，某同学采用光电门测量加速度，实验装置如图甲所示。将小车放置在轨道上A处，使挡光片的左端与小车的左端对齐，光电门放在B处，测出A到B的距离L和挡光片的宽度d。由静止开始释放小车，光电门自动测出小车上挡光片通过光电门的时间Δt。 (2)在上述实验中，下列操作步骤中必须做到的是 B 。A．要用天平称量小车质量B．钩码的质量应该远小于小车质量C．通过增减配重片来改变小车的质量D．不论轨道光滑与否，轨道一定要保持水平 B (3)上述实验用光电门来测量小车运动的瞬时速度，若考虑挡光片的宽度，得到的速度测量值和真实值相比 B 。A．偏大 B．偏小C．一样大 D．都有可能解析　小车做匀加速直线运动，用光电门测出的是挡光过程的平均速度，其等于挡光过程的中间时刻的速度，小于小车实际的末速度，故选B。 B (4)为了研究加速度和力的关系，某同学选择画小车的加速度与钩码质量的关系图线，如图乙所示。分析发现图线在横轴上有截距，这是因为 小车与轨道间存在摩擦力 。解析　由题图乙可知，当钩码质量大于某值时，小车才有加速度，说明小车与轨道间存在摩擦力，当绳子拉力大于摩擦力时小车才动起来。 小车与轨道间存在摩擦力 3．(2022·山东卷)在天宫课堂中，我国航天员演示了利用牛顿第二定律测量物体质量的实验。受此启发，某同学利用气垫导轨、力传感器、无线加速度传感器、轻弹簧和待测物体等器材设计了测量物体质量的实验，如图甲所示。主要步骤如下：①将力传感器固定在气垫导轨左端支架上，加速度传感器固定在滑块上；②接通气源，放上滑块，调平气垫导轨；③将弹簧左端连接力传感器，右端连接滑块。弹簧处于原长时滑块左端位于O点。A点到O点的距离为5.00 cm，拉动滑块使其左端处于A点，由静止释放并开始计时；④计算机采集获取数据，得到滑块所受弹力F、加速度a随时间t变化的图像，部分图像如图乙所示。回答以下问题(结果均保留两位有效数字)：(1)弹簧的劲度系数为 12 N/m；解析　由题意可知，弹簧处于原长时滑块左端位于O点，A点到O点的距离为5.00 cm。拉动滑块使其左端处于A点，由静止释放并开始计时。结合题图乙的F-t图像有Δx＝5.00 cm，F＝0.610 N 12 (2)该同学从图乙中提取某些时刻F与a的数据，画出a-F图像如图丙中Ⅰ所示，由此可得滑块与加速度传感器的总质量为 0.20 kg； 0.20 (3)该同学在滑块上增加待测物体，重复上述实验步骤，在图丙中画出新的a-F图像Ⅱ，则待测物体的质量为 0.13 kg。 0.13 4．做探究加速度与力、质量的关系的实验时，图甲是教材中的实验方案；图乙是拓展方案，已知重力加速度为g，其实验操作步骤如下：(ⅰ)挂上托盘和砝码，改变木板的倾角，使质量为M的小车拖着纸带沿木板匀速下滑；(ⅱ)取下托盘和砝码，测出其总质量为m，让小车沿木板下滑，测出加速度a；(ⅲ)改变砝码质量和木板倾角，多次测量，通过作图可得到a－F的关系。(1)实验获得如图丙所示的纸带，计数点a、b、c、d、e、f间均有四个点未画出(打点计时器打点频率为50 Hz)，则在打d点时小车的速度大小vd＝ 0.19(0.18～0.19均可) m/s(保留两位有效数字)； 0.19(0.18～0.19均可) (2)需要满足条件M≫m的方案是 甲 (选填“甲”“乙”或“甲和乙”)；在作a－F图像时，把mg作为F值的是 甲和乙 (选填“甲”“乙”或“甲和乙”)。 甲 甲和乙 5．(2025·江西吉安第一中学月考)如图甲所示，某实验小组利用该装置探究小车加速度和力的关系，小车的质量(包含滑轮)为M。不计绳与滑轮间的摩擦。(1)利用该装置实验时，下列说法正确的是 A 。A．实验前应将长木板靠近打点计时器的一端垫高，以补偿阻力B．每次在增加沙和沙桶的质量后需要重新补偿阻力C．应将小车靠近打点计时器，先释放小车，再接通电源D．实验中一定要保证沙和沙桶的总质量m远小于小车的质量M解析　小车在水平轨道上所受合外力为绳上拉力和摩擦力的合力，应通过垫高靠近打点计时器一侧的木板让重力沿斜面方向的分力与摩擦力大小相等，此时小车所受合外力为绳上拉力，故A正确；当重力沿斜面方向的分力与摩擦力大小相等时有mg sin θ＝μmg cos θ，由此可知，当增加沙和沙桶的质量后，重力沿斜面方向的分力与摩擦力大小依然相等，故B错误；为保证打在纸带上的点足够多，应将小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，故C错误；此实验中，小车所受的合外力等于力传感器示数的两倍，因此不需要满足沙和沙桶的总质量m远小于小车的质量M，故D错误。 A (2)实验中得到如图乙所示的一条纸带，从比较清晰的点迹起，在纸带上标出连续的5个计数点A、B、C、D、E，相邻两个计数点之间都有4个点迹未标出，测出各计数点到A点间的距离，已知所用电源的频率为50 Hz，则小车的加速度大小a＝ 0.93 m/s2(保留两位有效数字)。 0.93 (3)改变沙桶内沙子的质量，多次实验，以力传感器的示数F为横轴、小车对应的加速度a为纵轴，作出的a-F图像如图丙所示，可知小车的质量M＝ 1.0 kg(保留两位有效数字)。 1.0 感观谢看THANKS FOR WATCHING