备考2024届高考物理一轮复习讲义第三章运动和力的关系实验四探究加速度与物体受力物体质量的关系命题点1教材原型实验

这是一份备考2024届高考物理一轮复习讲义第三章运动和力的关系实验四探究加速度与物体受力物体质量的关系命题点1教材原型实验，共7页。试卷主要包含了实验目的，实验原理，实验器材，实验过程，数据处理，注意事项，误差分析，5　kg等内容，欢迎下载使用。
（1）学会用控制变量法研究物理规律.
（2）探究加速度与物体受力、物体质量的关系.
（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[1] 合力 的关系.
（2）保持合力不变，探究加速度与[2] 质量 的关系.
（3）作出a－F图像和a－1m图像，确定a与F、m的关系.
3.实验器材
小车、槽码、细绳、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、学生电源、导线、纸带、天平、刻度尺、坐标纸.
4.实验过程
（1）测量：用天平测量槽码的质量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，只是不把悬挂槽码的细绳系在小车上（即不给小车[3] 牵引力 ）.
（3）平衡摩擦力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块，使小车能[4] 匀速 下滑.
（4）操作：①槽码通过细绳绕过定滑轮系于小车上，先[5] 接通电源 后[6] 释放小车 ，断开电源，取下纸带，编号码.
②保持小车的质量m不变，改变槽码的质量m'，重复步骤①.
③在每条纸带上选取一段比较理想的部分，计算加速度a.
④描点作图，作a－F的图像.
⑤保持槽码的质量m'不变，改变小车质量m，重复步骤①和③，作a－1m图像.
5.数据处理
（1）利用逐差法或v－t图像法求a.
（2）以a为纵轴，F为横轴，描点、画线，如果该线为过原点的直线，说明a与F成正比.
（3）以a为纵轴，1m为横轴，描点、画线，如果该线为过原点的直线，就能判定a与m成反比.
6.注意事项
（1）开始实验前首先平衡摩擦力：适当垫高木板不带定滑轮的一端，使小车的重力沿斜面方向的分力正好平衡[7] 小车和纸带受到的摩擦力 .在平衡摩擦力时，不要把悬挂槽码的细绳系在小车上，让小车拉着穿过打点计时器的纸带匀速运动.
（2）实验过程中不用重复平衡摩擦力.
（3）实验必须保证的条件：[8] 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[9] 打点计时器 ，并应先[10] 接通电源 ，后[11] 释放小车 ，且应在小车到达定滑轮前按住小车.
7.误差分析
（1）实验原理不完善：本实验用槽码的总重力m'g代替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于槽码的总重力.
（2）平衡摩擦力不准确、质量测量不准确、计数点间距离测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差.
研透高考 明确方向
命题点1 教材原型实验
1.[实验原理与器材/2023山东日照校际联合考试]在探究加速度与物体所受合力和质量间的关系时，采用如图甲所示的实验装置，小车及车中砝码的质量用M表示，盘及盘中砝码的质量用m表示，小车的加速度a可通过小车拖动的纸带由打点计时器打出的点计算得出.
（1）一组同学先保持盘及盘中砝码的质量一定，探究小车的加速度与其质量的关系，以下做法正确的是 CD .
A.平衡摩擦力时，应将盘及盘中的砝码用细绳通过定滑轮系在小车上
B.实验时，先放开小车，再接通打点计时器的电源
C.每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力
D.当M≫m时才可以认为细绳对小车的拉力大小与盘和盘中砝码的重力大小相等
（2）保持小车及车中砝码的质量M一定，探究小车的加速度与其所受合力的关系时，由于平衡摩擦力时操作不当，两位同学得到的a－F关系图像分别如图乙和图丙所示（a是小车的加速度，F是细绳作用于小车的拉力）.其原因分别是：图乙 倾角过大（平衡摩擦力过度也可） ，图丙 倾角过小（平衡摩擦力不足也可） .
解析 （1）平衡摩擦力时，不能将盘及盘中的砝码用细绳通过定滑轮系在小车上，A错误；实验时，应先接通电源，再释放小车，B错误；平衡摩擦力时，小车在木板上满足mgsinθ＝μmgcsθ，改变小车质量时不需要重新平衡摩擦力，C正确；根据牛顿第二定律得，整体的加速度a＝mgM＋m，则细绳的拉力T＝Ma＝MM＋mmg，当M≫m时，认为细绳对小车的拉力大小等于盘和砝码的重力，D正确.
（2）由图乙可知，F为零时，加速度不为零，可知平衡摩擦力过度，即平衡摩擦力时长木板的倾角过大.由图丙可知，a为零时，F大于零，没有完全平衡摩擦力，即平衡摩擦力时长木板的倾角过小.
2.[数据处理与误差分析]某实验小组利用如图甲所示的装置“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”.
图甲
（1）实验中除需要小车、砝码、托盘、细绳、附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、低压交流电源、两根导线、复写纸、纸带、坐标纸之外，还需要 天平 、 刻度尺 .
（2）某同学以小车和车上砝码的总质量的倒数1M为横轴，小车的加速度a为纵轴，在坐标纸上作出的a－1M图像如图乙所示.由图乙可分析得出：加速度与质量成 反比 关系（选填“正比”或“反比”）；图线不过原点说明实验有误差，引起这一误差的主要原因是平衡摩擦力时长木板的倾角 过大 （选填“过大”或“过小”）.
图乙 图丙
（3）有一组同学在保持小车及车中砝码的质量一定的条件下，探究加速度a与所受外力F的关系，他们在木板水平及倾斜两种情况下分别做了实验，得到了两条a－F图线，如图丙所示.
图线 ① （选填“①”或“②”）是在轨道倾斜情况下得到的；小车及车中砝码的总质量m＝ 0.5 kg.
（4）实验小组先保持小车质量为m1不变，改变小车所受的拉力F，得到a随F变化的规律如图丁中直线A所示，然后实验小组换用另一质量为m2的小车，重复上述操作，得到如图丁所示的直线B，由图可知，m1 小于 m2（选填“大于”或“小于”）.
图丁
（5）在研究加速度与质量的关系时，要保持托盘及盘中砝码的质量不变.若托盘及盘中砝码的质量m与小车的总质量M间的关系不满足M≫m，由实验数据作出a和1M＋m的图线，则图线应如图中的 C 所示（选填正确选项的字母）.
解析 （1）实验中需要用托盘和砝码的总重力表示小车受到的拉力，故需测量托盘的质量，所以还需要天平.实验中需要用刻度尺测量纸带上点迹间的距离，所以还需要刻度尺.
（2）由图乙知a－1M图像是一条倾斜直线，a与M成反比；图线在a轴上有正截距，这是由于平衡摩擦力时木板的倾角过大.
（3）由图丙中图线①可知，当F＝0时，a≠0，即细绳上没有拉力时小车就有加速度，所以图线①是在木板倾斜情况下得到的.根据F＝ma得a－F图像的斜率k＝1m，由a－F图像得图像斜率k＝2kg－1，所以m＝0.5kg.
（4）由于a－F图像的斜率k＝1m，所以m1＜m2.
（5）在研究加速度与质量的关系时，由于补偿了阻力，所以图像过原点，分别对小车和托盘及盘中砝码受力分析，由牛顿第二定律可得FT＝Ma，mg－FT＝ma，联立解得mg＝（M＋m）a，整理解得a＝mgM＋m，因为保证了托盘及盘中砝码的质量m不变，所以由实验数据作出的a－1M＋m图线，过原点且不会发生弯曲，故选C.
方法点拨
数据处理与误差分析
1.探究加速度与力的关系
根据多组（a，F）数据作出a－F图像
理想图像
实际情况分析
2.探究加速度与质量的关系
根据多组（a，M）数据作出a－M和a－1M图像.理想图像
实际情况分析
核心考点
五年考情
命题分析预测
实验原理和数据处理
2022：浙江6月T17（1）；
2021：北京T15；
2020：北京T15，浙江7月T17（1），浙江1月T17
1.考装置：器材安装正误，摩擦力的平衡，质量要求等.
2.测定a：根据纸带用逐差法或根据光电门数据计算加速度.
3.求结论：作出a－F或a－1M图像，并得出结论.
4.析成因：判断异常图像的可能成因.
实验误差分析
2020：全国ⅡT22
创新实验
2023：湖北T11； 2022：山东T13； 2021：福建T12；
2020：山东T13； 2019：全国ⅡT22