（江蘇專版）2022年高考物理總復習 第12講 實驗三 加速度與物體質量 物體受力的關系講義

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1、（江蘇專版）2022年高考物理總復習 第12講 實驗三 加速度與物體質量 物體受力的關系講義 考情剖析 考查內容 考綱要求 考查年份 考查詳情 能力要求 實驗、探究： 加速度與物體質量、 物體受力的關系 Ⅱ 16年 T11—實驗，驗證機械能守恒 理解、應用數(shù)學 處理物理問題 17年 T10—實驗，用探究加速度與力和質量的關系裝置，探究恒力做功與動能變化的關系 實驗探究 弱項清單,實驗原理和實驗方法的遷移 實驗儲備一、實驗原理 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1．

2、保持質量不變，探究加速度與____________的關系． 2．保持合外力不變，探究加速度與____________的關系． 3．作出a-F圖象和a-圖象，確定其關系． 4．實驗裝置圖 5．要測量的物理量 小車與小車上砝碼的總質量M——天平 小車受的拉力F——用天平測出小盤和砝碼的質量m，F(xiàn)≈mg算出 小車的加速度a——通過打點計時器打出的紙帶測算出． 二、實驗器材 打點計時器、紙帶及復寫紙、小車、一端附有定滑輪的長木板、小盤和砝碼、細繩、低壓交流電源、天平(帶有一套砝碼)、刻度尺． 三、實驗步驟 1．用天平測出小車和小盤(包括其中砝碼)的質量分別為M0、m0，并把數(shù)

3、值記錄下來． 2．將實驗器材安裝好(小車上不系繩)． 3．把木板無滑輪的一端下面墊一薄木板，平衡摩擦力． 4．將重物通過細繩系在小車上，接通電源放開小車，用紙帶記錄小車的運動情況；取下紙帶并在紙帶上標上號碼及此時所掛重物的重力m0g. 5．保持小車的質量不變，改變小盤(包括其中砝碼)的質量，重復步驟4多做幾次實驗，每次小車從同一位置釋放，并記錄好相應紙帶重物的重力m1g、m2g… 表1　M不變，加速度a與受力的關系 實驗次數(shù)n 小車受力F/N 加速度a/(m·s－2) 1 2 3 … 　　6.保持小車所受的合外力不變，在小車上加砝碼，并

4、測出小車和放上砝碼后的總質量M1，接通電源放開小車，用紙帶記錄小車的運動情況，取下紙帶并在紙帶上標上號碼． 7．繼續(xù)在小車上加放砝碼，重復步驟6，多做幾次實驗，在每次得到的紙帶上標上號碼． 表2　F不變，加速度與質量的關系 實驗次數(shù)n 小車質量M/kg 加速度a/(m·s－2) 1 2 3 … 　　8.利用以上兩表中的數(shù)據(jù)，分別在坐標系中作出M不變時，a-F圖象和F不變時，a-M圖象． 四、實驗數(shù)據(jù)的處理方法——圖象法、化曲為直的方法 1．探究加速度與力的關系 以加速度a為縱坐標，以F為橫坐標，根據(jù)測量的數(shù)據(jù)描點，然后作出圖象，看圖象是

5、否是通過原點的直線，就能判斷a與F是否成正比． 2．探究加速度與質量的關系 以a為縱坐標、m為橫坐標，根據(jù)各組數(shù)據(jù)在坐標系中描點，將會得到如圖甲所示的一條曲線．由圖線只能看出m增大時a減小，但a與m具體是什么關系，不能得出．若以a為縱坐標，為橫坐標，將會得到如圖乙所示的一條過原點的傾斜直線，據(jù)此可判斷a與m成反比． 甲 　　乙 3．方法總結 利用圖象處理數(shù)據(jù)是物理實驗中常用的重要方法．在實驗中如果發(fā)現(xiàn)一個變量x與另一個變量y成反比，那么，x就應與成正比．因為在處理數(shù)據(jù)時，判斷正比例函數(shù)圖象比判斷一條曲線是否為反比例函數(shù)圖象要簡單和直觀得多，所以可以將反比例函數(shù)的曲線轉化為正

6、比例函數(shù)的直線進行處理． 五、分析、歸納、探究結論 1．你在圖(a)中畫出的a-F圖象是通過原點的直線嗎？說明a與F成什么關系？ 　(a)　　　　　　 　(b)　　　　　 　　(c) 2．你在圖(b)中畫出的a-M圖象是直線嗎？你能從(b)圖中得出a與質量M的定量關系嗎？ 3．你在圖(c)中畫出的a-圖象是過原點的直線嗎？你能由圖象得出a與M的關系嗎？ 4．在誤差允許的范圍內得出的結論是：當M不變時，a與F成正比關系；當F不變時，a與M成反比關系． 六、實驗誤差來源與分析 1．因實驗原理不完善引起的誤差．本實驗用小盤和砝碼的總重力mg代替小車的拉力，而實際小車所受的拉力要_

7、_______小盤和砝碼的總重力．小盤和砝碼的總質量越接近小車和砝碼的總質量，誤差越大． 2．摩擦力平衡不準；質量測量不準；記數(shù)點間距測量不準；紙帶拉線不嚴格與木板平行． 七、注意事項 1．平衡摩擦力時不要掛重物，整個實驗平衡了摩擦力后，不管以后是改變盤和砝碼的質量還是改變小車及砝碼的質量，都不需要重新平衡摩擦力． 2．實驗中必須滿足小車和砝碼的質量遠大于小盤和砝碼的總質量．只有如此，砝碼和小盤的總重力才可視為與小車受到的拉力相等． 3．各紙帶上的加速度a，都應是該紙帶上的平均加速度． 4．作圖象時，要使盡可能多的點在所作直線上，不在直線上的點應盡可能對稱分布在所作直線的兩側．離直

8、線較遠的點是錯誤數(shù)據(jù)，可舍去不予考慮． 5．小車應靠近打點計時器且先接通電源再釋放紙帶．技能優(yōu)化　　【典型例題1】　如圖甲所示是某同學設計的“探究加速度a與力F、質量m的關系”的實驗裝置圖，實驗中認為細繩對小車拉力F等于砂和砂桶總重力，小車運動加速度a可由紙帶求得． 甲 (1)該同學對于該實驗的認識，下列說法中正確的是(　　) A．該實驗應用了等效替代的思想方法 B．該實驗應用了控制變量的思想方法 C．實驗時必須先接通電源后釋放小車 D．實驗中認為細繩對小車拉力F等于砂和砂桶總重力，其前提必須保證砂和砂桶總質量遠遠大于小車的質量 (2)如圖乙所示是該同學在某

9、次實驗中利用打點計時器打出的一條紙帶，A、B、C、D、E、F是該同學在紙帶上選取的六個計數(shù)點，其中計數(shù)點間還有若干個點未標出，設相鄰兩個計數(shù)點間的時間間隔為T.該同學用刻度尺測出AC間的距離為s1，BD間的距離為s2，則打B點時小車運動的速度vB＝__________，小車運動的加速度a＝__________． 乙 (3)某實驗小組在實驗時保持砂和砂桶質量不變，改變小車質量m，分別得到小車加速度a與質量m及對應的數(shù)據(jù)如表中所示．根據(jù)表中數(shù)據(jù)，在圖丙坐標紙中作出F不變時a與的圖象. 次數(shù) 1 2 3 4 5 6 小車加速度 a/m·s－2 1.

10、72 1.49 1.25 1.00 0.75 0.50 小車質量m/kg 0.29 0.33 0.40 0.50 0.71 1.00 小車質量的倒數(shù) /kg－1 3.50 3.00 2.50 2.00 1.40 1.00 丙 【典型例題2】　某同學設計了如圖所示的裝置來探究加速度與力的關系．彈簧測力計固定在一合適的木板上，桌面的右邊緣固定一支表面光滑的鉛筆以代替定滑輪，細繩的兩端分別與彈簧測力計的掛鉤和礦泉水瓶連接，在桌面上畫出兩條平行線MN、PQ，并測出間距d.開始時將木板置于MN處，現(xiàn)緩慢向瓶中加水，直到木板剛剛開始運

11、動為止，記下彈簧測力計的示數(shù)F0，以此表示滑動摩擦力的大?。賹⒛景宸呕卦幉醋。^續(xù)向瓶中加水后，記下彈簧測力計的示數(shù)F1，然后釋放木板，并用停表記下木板運動到PQ處的時間t. (1)木板的加速度可以用d、t表示為a＝________；為了減小測量加速度的偶然誤差可以采用的方法是(一種即可)________________________________________________________________________． (2)改變瓶中水的質量重復實驗，確定加速度a與彈簧測力計示數(shù)F1的關系．下列圖象能表示該同學實驗結果的是______． A　　　　　　B

12、　　　　　　C　　　　　D (3)用加水的方法改變拉力的大小與掛鉤碼的方法相同，它的優(yōu)點是________． A．可以改變滑動摩擦力的大小 B．可以更方便地獲取多組實驗數(shù)據(jù) C．可以比較精確地測出摩擦力的大小 D．可以獲得更大的加速度以提高實驗精度 【典型例題3】　某物理課外小組利用圖(a)中的裝置探究物體加速度與其所受合外力之間的關系．圖中，置于實驗臺上的長木板水平放置，其右端固定一輕滑輪；輕繩跨過滑輪，一端與放在木板上的小滑車相連，另一端可懸掛鉤碼．本實驗中可用的鉤碼共有N＝5個，每個質量均為0.010 kg.實驗步驟如下： (a) (1)將5個鉤碼

13、全部放入小車中，在長木板左下方墊上適當厚度的小物塊，使小車(和鉤碼)可以在木板上勻速下滑． (2)將n(依次取n＝1，2，3，4，5)個鉤碼掛在輕繩右端，其余N－n個鉤碼仍留在小車內；用手按住小車并使輕繩與木板平行．釋放小車，同時用傳感器記錄小車在時刻t相對于其起始位置的位移s，繪制s-t圖象，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后可得到相應的加速度a. (3)對應于不同的n的a值見下表．n＝2時的s-t圖象如圖(b)所示；由圖(b)求出此時小車的加速度(保留2位有效數(shù)字)，將結果填入下表. n 1 2 3 4 5 a/(m·s－2) 0.20 0.58 0.78 1.00 　　(4)利

14、用表中的數(shù)據(jù)在圖(c)中補齊數(shù)據(jù)點，并作出a-n圖象．從圖象可以看出：當物體質量一定時，物體的加速度與其所受的合外力成正比． (b) (c) (5)利用a-n圖象求得小車(空載)的質量為________kg(保留2位有效數(shù)字，重力加速度取g＝9.8 m·s－2)． (6)若以“保持木板水平”來代替步驟(1)，下列說法正確的是______(填入正確選項前的標號)． A．a(chǎn)-n圖線不再是直線 B．a(chǎn)-n圖線仍是直線，但該直線不過原點 C．a(chǎn)-n圖線仍是直線，但該直線的斜率變大 當堂檢測　　1.某實驗小組利用圖甲所示的裝置探究加速度與力、質量的關系． 　　　　　

15、　　　　　　　　　　　　　　 甲 (1)下列做法正確的是______．(填字母代號) A．調節(jié)滑輪的高度，使牽引木塊的細繩與長木板保持平行 B．在調節(jié)木板傾斜度平衡木塊受到的滑動摩擦力時，將裝有砝碼的砝碼桶通過定滑輪拴在木塊上 C．實驗時，先放開木塊再接通打點計時器的電源 D．通過增減木塊上的砝碼改變質量時，不需要重新調節(jié)木板傾斜度 (2)為使砝碼桶及桶內砝碼的總重力在數(shù)值上近似等于木塊運動時受到的拉力，應滿足的條件是砝碼桶及桶內砝碼的總質量____________木塊和木塊上砝碼的總質量．(選填“遠大于”“遠小于”或“近似等于”) (3)甲、乙兩同學在

16、同一實驗室，各取一套圖甲所示的裝置放在水平桌面上，木塊上均不放砝碼，在沒有平衡摩擦力的情況下，研究加速度a與拉力F的關系，分別得到圖乙中甲、乙兩條直線．設甲、乙用的木塊質量分別為m甲、m乙，甲、乙用的木塊與木板間的動摩擦因數(shù)分別為μ甲、μ乙，由圖可知，m甲______m乙，μ甲______μ乙．(選填“大于”、“小于”或“等于”) 乙 第1題圖 2．用如圖甲所示裝置做“探究物體的加速度跟力的關系”的實驗．實驗時保持小車的質量不變，用鉤碼所受的重力作為小車受到的合力，用打點計時器和小車后端拖動的紙帶測出小車運動的加速度． (1)實驗時先不掛鉤碼，反復調整墊塊的左右位置，直到小車做

17、勻速直線運動，這樣做的目的是______________________________________________________________． (2)圖乙為實驗中打出的一條紙帶的一部分，從比較清晰的點跡起，在紙帶上標出了連續(xù)的5個計數(shù)點A、B、C、D、E，相鄰兩個計數(shù)點之間都有4個點跡沒有標出，測出各計數(shù)點到A點之間的距離，如圖所示．已知打點計時器接在頻率為50 Hz的交流電源兩端，則此次實驗中小車運動的加速度的測量值a＝________m/s2.(結果保留兩位有效數(shù)字) (3)實驗時改變所掛鉤碼的質量，分別測量小車在不同外力作用下的加速度．根據(jù)測得的多組數(shù)據(jù)畫出a-F關系

18、圖象，如圖丙所示．此圖象的AB段明顯偏離直線，造成此現(xiàn)象的主要原因可能是______．(選填下列選項的序號) 第2題圖 A．小車與平面軌道之間存在摩擦 B．平面軌道傾斜角度過大 C．所掛鉤碼的總質量過大 D．所用小車的質量過大 第12講　實驗三：加速度與 物體質量、物體受力的關系 實驗儲備 一、1.合外力　2.質量 六、1.小于 技能優(yōu)化 ·典型例題1·(1)BC　(2)　　(3)見解析 【解析】　(1)該實驗用的是控制變量法，故A錯，B對；先開通電源才能確定起始點，故C對；若認為拉力F為小桶和沙的重量，則要求小桶和沙的質量遠遠小于小車

19、，D錯；故選BC；(2)由運動學公式可知：vB＝，由a＝得出a＝；(3)由F＝ma可推出a＝＝F×，所以當F不變時，a與成正比例函數(shù)，如圖所示． ·典型例題2·(1)　保持F1不變，重復實驗多次測量，求平均值　(2)C　(3)BC 【解析】　(1)由d＝at2可得a＝.減小偶然誤差的主要方法是多次測量，求平均值． (2)由題意可知，F(xiàn)1是水瓶的重力，設繩中拉力為FT，對木板，a＝，在M板?m水時FT≈F1，a＝，排除A、B選項；逐漸增加水的質量，將不再滿足FT≈F1，而是FT＜F1，將導致小車加速度實際值較理論值偏小，故選項C正確． (3)改變質量且可以連續(xù)改變． ·典型例題3·

20、(3)0.39　(4)見解析 (5)0.44　(6)BC　【解析】　(3)根據(jù)題圖(b)可知，當t＝2.00 s時，位移s＝0.78 m，由s＝at2，得加速度a＝＝0.39 m/s2. (4)描點及圖象如圖所示． (5)根據(jù)牛頓第二定律可得nmg＝(M＋5m)a，則a＝n，圖線斜率k＝＝，可得M＝0.44 kg； (6)若不平衡摩擦力，則有nmg－μ[M＋(5－n)m]g＝(M＋5m)a，則a＝n－，所以a-n圖線仍是直線，但直線不過原點，斜率變大，故B、C正確． 當堂檢測 1．(1)AD　(2)遠小于　(3)小于　大于　【解析】　(1)在探究加速度與力、質量的關系的實驗中，

21、平衡摩擦力時木板不通過定滑輪掛砝碼桶，而要掛紙帶，并且改變質量時不需要重新平衡摩擦力；在實驗時應先接通電源再放開木塊，故選項A、D均正確，B、C均錯誤． (2)選木塊(M)、砝碼桶及桶內的砝碼(m)為研究對象， 則mg＝(M＋m)a?、? 選砝碼桶及桶內的砝碼為研究對象 則mg－FT＝ma?、? 聯(lián)立①②得：FT＝mg－ 要使FT＝mg 需要接近于0即M?m. (3)對木塊由牛頓第二定律得： F－μmg＝ma 即a＝F－μg. 由上式與題圖結合可知：＞，μ甲g＞μ乙g. 即：m甲＜m乙，μ甲＞μ乙． 2. (1)平衡小車運動中所受的摩擦阻力　　(2)1.0　(3)C 【解析】　(1)使平面軌道的右端墊起，讓小車重力沿斜面方向的分力與它受到的摩擦阻力平衡，才能認為在實驗中小車所受的合外力等于鉤碼的重力，所以這樣做的目的是平衡小車運動中所受的摩擦阻力． (2)由逐差法可知a＝ ＝ m/s2≈1.0 m/s2. (3)在實驗中認為細繩的張力F等于鉤碼的重力mg 實際上，細繩張力F′＝Ma，mg－F′＝ma 即F′＝·mg，a＝·mg＝F 所以當細繩的張力F變大時，m必定變大，必定減?。擬?m時，a-F圖像為直線，當不滿足M?m時，便有a-F圖像的斜率逐漸變小偏離直線，選項C正確．