2024年高考物理复习第一轮：创新实验课(04)　探究加速度与物体受力、物体质量的关系

这是一份2024年高考物理复习第一轮：创新实验课(04)　探究加速度与物体受力、物体质量的关系，共15页。试卷主要包含了实验基本技能，规律方法总结等内容，欢迎下载使用。

实验基础知识
一、实验基本技能
1．实验目的
(1)学会用控制变量法研究物理规律．
(2)验证牛顿第二定律．
(3)掌握利用图像处理数据的方法．
2．实验原理
(1)保持质量不变，探究加速度跟合外力的关系．
(2)保持合外力不变，探究加速度与质量的关系．
(3)作出a­F图像和a­图像，确定其关系．
3．实验器材
小车、砝码、小盘、细绳、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、低压交流电源、导线两根、纸带、天平、米尺．
4．实验步骤
(1)测量：用天平测量小盘和砝码的质量m′和小车的质量m.
(2)安装：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)补偿阻力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块，使小车能匀速下滑．
(4)操作：
①小盘通过细绳绕过定滑轮系于小车上，先接通电源后放开小车，断开电源，取下纸带编上号码．
②保持小车的质量m不变，改变小盘和砝码的质量m′，重复步骤①.
③在每条纸带上选取一段比较理想的部分，测加速度a.
④描点作图，作a­F的图像．
⑤保持小盘和砝码的质量m′不变，改变小车质量m，重复步骤①和③，作a­图像．
二、规律方法总结
1．数据处理
(1)利用Δx＝aT2及逐差法求a.
(2)以a为纵坐标，F为横坐标，根据各组数据描点，如果这些点在一条过原点的直线上，说明a与F成正比．
(3)以a为纵坐标，为横坐标，描点、连线，如果该线为过原点的直线，就能判定a与m成反比．
2．注意事项
(1)补偿阻力：适当垫高木板的右端，使小车的重力沿斜面方向的分力正好补偿小车和纸带受到的阻力．在补偿阻力时，不要把悬挂小盘的细绳系在小车上，让小车拉着穿过打点计时器的纸带匀速运动．
(2)不重复补偿阻力．
(3)实验条件：m≫m′.
(4)一先一后一按：改变拉力或小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，后释放小车，且应在小车到达滑轮前按住小车．
3．误差分析
(1)实验原理不完善：本实验用小盘和砝码的总重力m′g代替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力．
(2)阻力补偿不准确、质量测量不准确、计数点间距测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差．
命题点一　实验原理与操作
　某实验小组利用图示的装置探究加速度与力、质量的关系．

(1)(多选)下列做法正确的是 ________(选填字母代号)．
A．调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行
B．在调节木板倾斜度补偿木块受到的滑动摩擦力时，将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上
C．实验时，先放开木块再接通打点计时器的电源
D．通过增减木块上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度
(2)为使砝码桶及桶内砝码的总重力在数值上近似等于木块运动时受到的拉力，应满足的条件是砝码桶及桶内砝码的总质量________木块和木块上砝码的总质量．(选填“远大于”“远小于”或“近似等于”)
(3)甲、乙两同学在同一实验室，各取一套图示的装置放在水平桌面上，木块上均不放砝码，在没有平衡摩擦力的情况下，研究加速度a与拉力F的关系，分别得到图中甲、乙两条直线．设甲、乙用的木块质量分别为m甲、m乙，甲、乙用的木块与木板间的动摩擦因数分别为μ甲、μ乙，由图可知，m甲 ________m乙 ，μ甲 ________μ乙．(均选填“大于”“小于”或“等于”)
解析：(1)实验中细绳要保持与长木板平行，A项正确；补偿阻力时不能将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上，这样无法补偿阻力，B项错误；实验时应先接通电源再放开木块，C项错误；补偿阻力后，改变木块上的砝码的质量后不再需要重新补偿阻力，D项正确．
(2)由整体法和隔离法得到细绳中的拉力F＝Ma＝M＝mg，可见，当砝码桶和桶内砝码的总质量m远小于木块和木块上砝码的总质量M时，可得F≈mg.
(3)不补偿阻力，则F－μmg＝ma，a＝－μg，图像的斜率大的木块的质量小，纵轴截距绝对值大的动摩擦因数大，因此m甲μ乙．
答案：(1)AD　(2)远小于　(3)小于　大于
[对点演练]
1．如图所示，某实验小组借用“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置，进行“探究做功与物体速度变化的关系”的实验，实验时使小车在砝码和托盘的牵引下运动，以此定量探究细绳拉力做功与小车速度变化的关系．

(1)实验室准备了打点计时器及配套的电源、导线、复写纸及如图所示的器材．若要完成该实验，必需的实验器材还有_________________________________________．
(2)为达到补偿阻力的目的，取下细绳和托盘，通过调节垫块的位置，改变长木板倾斜程度，根据打出的纸带判断小车是否做________运动．
(3)实验开始时，先调节木板上定滑轮的高度，使牵引小车的细绳与木板平行．这样做的目的是________(填选项前的字母)．
A．避免小车在运动过程中发生抖动
B．可使打点计时器在纸带上打出的点迹清晰
C．可以保证小车最终能够实现匀速直线运动
D．可在补偿阻力后使细绳拉力等于小车受的合力
解析：(1)本实验的实验原理是合外力所做的功等于动能的变化量，通过研究纸带来研究小车的速度，利用天平测量小车的质量，利用砝码的重力代替小车的合外力，所以需要刻度尺来测量纸带上点的距离和用天平测得小车的质量，即还需要刻度尺，天平(带砝码)．
(2)为达到补偿阻力的目的，取下细绳和托盘，通过调节垫块的位置，改变长木板倾斜程度，根据打出的纸带判断小车是否做匀速直线运动．
(3)实验过程中，为减少误差，提高实验的精确度，应先调节木板上定滑轮的高度，使牵引小车的细绳与木板平行，目的是补偿阻力后，使细绳的拉力等于小车的合力，故A、B、C错误，D正确．
答案：(1)天平、刻度尺　(2)匀速直线　(3)D
2．(2022·湖北武汉市调研)某同学用如图所示装置来探究“在外力一定时，物体的加速度与其质量之间的关系”．

(1)下列实验中相关操作正确的是________．
A．补偿阻力时，应先将沙桶用细线绕过定滑轮系在小车上
B．补偿阻力时，小车后面应固定一条纸带，纸带穿过打点计时器
C．小车释放前应靠近打点计时器，且先释放小车后接通打点计时器的电源
(2)将沙和沙桶的总重力mg近似地当成小车所受的拉力F会给实验带来系统误差．设小车所受拉力的真实值为F真， 为了使系统误差