2027届高三物理一轮复习课件第3章 第6讲 实验4：探究加速度与物体受力、物体质量的关系

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目 录 索 引
一、实验目的1.学会用控制变量法研究物理量的关系。2.探究加速度与力、质量的关系。3.掌握利用图像处理数据的方法。二、实验器材打点计时器、纸带、小车、一端附有定滑轮的长木板、槽码、夹子、细绳、交流电源、导线、天平、刻度尺、砝码。
三、实验思路(一)控制变量法的应用将小车置于水平木板上,用细绳通过滑轮与槽码相连,小车可以在槽码的牵引下运动。1.保持小车质量不变,研究加速度与力的关系。2.保持小车所受的拉力不变,研究加速度与质量的关系。
(二)物理量的测量1.用天平测量质量:为了改变小车的质量,可以在小车中增减砝码的数量。2.将打点计时器的纸带连在小车上,根据纸带上打出的点来测量加速度。3.现实中,仅受一个力作用的物体几乎不存在。然而,一个单独的力的作用效果与跟它大小、方向都相同的合力的作用效果是相同的。因此,实验中作用力F的含义可以是物体所受的合力。用阻力补偿法确定小车受到的合力——槽码的牵引力。
四、进行实验1.称量质量——用天平测量槽码和小车的质量。2.安装器材——按如图所示装置安装器材(暂时不把悬挂槽码的细绳系在小车上)。 使细绳的拉力等于小车所受合力3.平衡摩擦及其他阻力——在长木板不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块,反复移动薄木块的位置,直至小车能拉着纸带匀速下滑。　 纸带上所打点均匀为标志
4.测量加速度(1)保持小车的质量不变,打出一条纸带。计算槽码的重力,由纸带计算出小车的加速度,填入表中。改变槽码的个数,多做几次实验。(2)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。计算砝码和小车的总质量,并由纸带计算出小车对应的加速度,填入表中。改变小车上砝码的个数,多做几次实验。
七、其他方案概述方案:通过位移之比测量加速度之比如图所示,将两辆相同的小车放在水平木板上,前端各系一条细线,线的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘,盘中可以放不同的重物。把木板一端垫高,参考前面的阻力补偿法补偿阻力的影响,两小车后端各系一条细线,用一个物体,例如黑板擦,把两条细线同时按压在木板上。抬起黑板擦,两小车同时开始运动,按下黑板擦,两小车同时停下来。用刻度尺测出两小车移动的位移x1、x2。由于两小车运动时间t相同,从它们的位移之比就可以得出加速度之比。完成上述实验后,在盘中重物相同的情况下,通过增减小车中的重物改变小车的质量,再进行实验。
典题1 (2024天津卷)某同学用图示装置探究加速度与力的关系。
(1)为补偿打点计时器对小车的阻力及其他阻力,调节木板倾角,使小车在不挂槽码时运动,并打出纸带进行检验,下图中能表明补偿阻力恰当的是　　　　。
(2)某次实验得到一条纸带,部分计数点如下图所示(每相邻两个计数点间还有4个点,图中未画出),测得s1=6.20 cm,s2=6.70 cm,s3=7.21 cm,s4=7.73 cm。已知打点计时器所接交流电源频率为50 Hz,则小车的加速度a=　 　 m/s2(要求充分利用测量数据,结果保留2位有效数字)。(3)该同学将一个可以直接测出绳子拉力的传感器安装在小车上,小车和传感器总质量为210 g。按要求补偿阻力后,该同学共进行了四次实验,悬挂的槽码质量依次为5 g、10 g、20 g、40 g处理数据时,用两种方式得到小车(含传感器)受到的合力,一种将槽码所受重力当作合力、另一种将传感器示数当作合力,则这两种方式得到的合力差异最大时,槽码质量为　　　　 g。
典题2 (2025陕西渭南三模)在探究加速度a与所受合力F的关系时,某同学采用下图所示的实验装置进行实验探究,控制小车质量不变,寻找其加速度a与所受合力F的关系。(1)在平衡摩擦力的这步操作中,该同学　　　　　　(选填“需要”或“不需要”)通过细绳把砂桶挂在小车上。
(2)在实验中,该同学得到的一条如图所示的纸带,他每隔4个点取一计数点,在纸带上做好0、1、2、3、4的标记,用毫米刻度尺测量出从起点0到各计数点的距离,在图中已经标出。已知电火花计时器的打点周期为0.02 s,则该小车运动的加速度大小为　　　　　 m/s2(计算结果保留2位有效数字)。
(3)采用图像处理数据,画出如图所示的a-F图像,发现图线上端弯曲,并不是直线,出现这一问题的可能原因是　　　　 　　　　　　　。
小车质量没有远远大于砂和砂桶的总质量
考点二　实验的改进与创新
考向一　实验方法的创新典题3 (2024江西卷)某小组探究物体加速度与其所受合外力的关系。实验装置如图所示,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时小车加速度a。钩码所受重力记为F,作出a-F图像,如图图线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:　　　　　　　　。 
考向二　实验原理的创新典题4 (2026广东广州期中)某同学采用图甲所示的实验装置,验证“物体质量一定时,加速度与它所受合力成正比”这一规律,试回答下列问题:(1)下列操作正确的是　　　　。A.重物的质量务必远小于小车的质量B.连接小车和重物的细线要与长木板保持平行C.每次改变小车的质量时,都需要重新平衡阻力D.应当先释放小车,再接通电源