高考物理一輪復習課件：第五講 實驗：探究加速度與物體受力、物體質量的關系

第五講實驗：探究加速度與物體受力、物體質量的關系一、基本原理與操作以小車為研究對象:

受力分析TfM車gNF合=T-ff怎么測？鉤碼：即m<<M車時mg≈TmgTfTM車gN?M車gsin?=f=μM車gcos?T≈mg1.平衡摩擦力第五講實驗：探究加速度與物體受力、物體質量的關系一、基本原理與操作2.F合=T=mg?mg-T=maa很小時結論:鉤碼質量遠小于小車質量時F合≈mgmmgTfTM車gN?M車gsin?=f=μM車gcos?1.平衡摩擦力第五講實驗：探究加速度與物體受力、物體質量的關系一、基本原理與操作結論:鉤碼質量遠小于小車質量時F合≈mg思考1:改變小車質量，需要重新平衡摩擦力嗎？思考3:太麻煩，可以不平衡摩擦力嗎？思考2:平衡摩擦力需要掛鉤碼嗎？氣墊導軌不需要不需要不需要1．用氣墊導軌替代長木板做實驗，不用再平衡滑塊的摩擦力。2．利用光電門和數(shù)字計時器來計算滑塊通過光電門的速度進而

求加速度。思考3:太麻煩，可以不平衡摩擦力嗎？氣墊導軌不需要思考4:必須滿足m<<M車？①力傳感器或彈簧秤直接測出拉力mgTfTM車gN?m力傳感器思考4:必須滿足m<<M車？①力傳感器或彈簧秤直接測出拉力鉤碼：mg-T=ma車：T=M車amg=(m+M車)a整體：mgTfM車gNT②以車鉤碼整體驗證牛二思考：如何做到整體質量不變，探究整體合力與加速度的關系？a∝F合aF合第五講實驗：探究加速度與物體受力、物體質量的關系一、基本原理與操作二、數(shù)據(jù)處理1.保持小車M車不變，改變鉤碼質量m，探究a與F合的關系2.保持鉤碼質量m不變，改變小車M車，探究a與M車的關系aM車1a∝M車1aF合a

M車1思考:若平衡摩擦力時平衡過度或平衡不夠，會有什么現(xiàn)象?平衡過度平衡不夠平衡過度平衡不夠若鉤碼質量持續(xù)增加不滿足m<<M時aF合a

M車1若小車質量持續(xù)減小不滿足m<<M時操作要領(1)平衡：必須平衡摩擦力(改變小車或重物質量，無需重新平衡摩擦力)(2)質量：重物的總質量遠小于小車質量(若使用力傳感器，或以小車與重物的系統(tǒng)為研究對象無需滿足此要求)(3)要測量的物理量：①小車與其上砝碼的總質量(天平)；②小車受到的拉力(約等于重物的重力)；③小車的加速度(根據(jù)紙帶用逐差法或根據(jù)光電門數(shù)據(jù)計算加速度)(4)其他：細繩與長木板平行；小車從靠近打點計時器的位置釋放，在到達定滑輪前按住小車，實驗時先接通電源，后釋放小車(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________(選填“遠大于”“遠小于”或“近似等于”)木塊和木塊上砝碼的總質量。

考法一實驗原理與操作1．某實驗小組利用圖1所示的裝置探究加速度與物體受力、物體質量的關系。AD遠小于(3)甲、乙兩同學在同一實驗室，各取一套圖1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2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2可知，m甲______m乙，μ甲______μ乙(均選填“>”“＝”或“<”)。F－μmg＝ma<>[關鍵點撥](1)長木板上滑輪的高度可以調節(jié)，以使牽引小車(木塊)的細繩與長木板保持平行。(2)平衡摩擦力：平衡摩擦力時，要調出一個合適的斜面，使小車(木塊)的重力沿著斜面方向的分力正好平衡小車(木塊)受到的摩擦阻力。此時，不要把懸掛砝碼桶的細繩系在小車(木塊)上，即不要給小車(木塊)加任何牽引力，要讓小車(木塊)拖著紙帶運動。(3)實驗條件：M?m。只有如此，砝碼桶和砝碼的總重力mg才可視為小車(木塊)受到的拉力。(4)一先一后：改變拉力和小車(木塊)質量后，每次開始時小車(木塊)應盡量靠近打點計時器，并應先接通電源，后放開小車(木塊)，且應在小車(木塊)到達滑輪前按住小車(木塊)。(5)如果沒有平衡摩擦力，則其a-F圖線將不是一條過原點的直線，而是一條與F軸有交點的傾斜直線?？挤ǘ?shù)據(jù)處理和誤差分析2．利用力傳感器研究“加速度與物體受力、物體質量的關系”的實驗裝置如圖甲所示。(1)下列關于該實驗的說法，錯誤的是________。A．做實驗之前必須平衡摩擦力B．小車的質量必須比所掛鉤碼的質量大得多C．應調節(jié)定滑輪的高度使細線與木板平行D．為了實驗安全，打點計時器接直流電源BD(2)從實驗中挑選一條點跡清晰的紙帶，每5個點取一個計數(shù)點，用刻度尺測量計數(shù)點間的距離如圖乙所示。已知打點計時器每間隔0.02s打一個點。從圖可知A、B兩點間的距離s1＝________cm，該小車的加速度a＝________m/s2(計算結果保留2位有效數(shù)字)，實驗中紙帶的________(選填“左”或“右”)端與小車相連接。(3)數(shù)據(jù)在坐標系中作出了圖丙所示的a-F圖像。①圖線不過坐標原點的原因是_______________________________________。②小車和傳感器的總質量為_______kg。0.700.20左未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足0.5

3．(2022·廣東實驗中學模擬)某實驗小組利用如圖1所示的裝置“探究加速度與物體受力、物體質量的關系”。(1)實驗中除了需要小車、砝碼、托盤、細繩、附有定滑輪的長木板、墊木、打點計時器、低壓交流電源、兩根導線、復寫紙、紙帶之外，還需要________、________。天平刻度尺反比過大(3)有一組同學保持小車及車中的砝碼質量一定，探究加速度a與所受外力F的關系，他們在軌道水平及傾斜兩種情況下分別做了實驗，得到了兩條a-F圖線，如圖3所示。圖線________(填“①”或“②”)是在軌道傾斜情況下得到的；小車及車中砝碼的總質量m＝________kg。①

0.5

(1)用游標卡尺測量墊塊厚度h，示數(shù)如圖(b)所示，h＝________cm；(2)接通氣泵，將滑塊輕放在氣墊導軌上，調節(jié)導軌至水平；(3)在右支點下放一墊塊，改變氣墊導軌的傾斜角度；(4)在氣墊導軌合適位置釋放滑塊，記錄墊塊個數(shù)n和滑塊對應的加速度a；(5)在右支點下增加墊塊個數(shù)(墊塊完全相同)，重復步驟(4)，記錄數(shù)據(jù)如下表：

[例1]

(2021·湖南高考)某實驗小組利用圖(a)所示裝置探究加速度與物體所受合外力的關系。主要實驗步驟如下：1.02根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖(c)上描點，繪制圖線。如果表中缺少的第4組數(shù)據(jù)是正確的，其應該是_________m/s2(保留三位有效數(shù)字)。n123456a/(m·s－2)0.0870.1800.260

0.4250.5190.343mgsin?=ma

[例2]

(2020·山東等級考)2020年5月，我國進行了珠穆朗瑪峰的高度測量，其中一種方法是通過使用重力儀測量重力加速度，進而間接測量海拔高度。某同學受此啟發(fā)就地取材設計了如下實驗，測量當?shù)刂亓铀俣鹊拇笮　嶒灢襟E如下：(ⅰ)如圖甲所示，選擇合適高度的墊塊，使木板的傾角為53°，在其上表面固定一與小物塊下滑路徑平行的刻度尺(圖中未畫出)。(ⅱ)調整手機使其攝像頭正對木板表面，開啟視頻錄像功能。將小物塊從木板頂端釋放，用手機記錄下小物塊沿木板向下做加速直線運動的情況。然后通過錄像的回放，選擇小物塊運動路徑上合適的一點作為測量參考點，得到小物塊相對于該點的運動距離L與運動時間t的數(shù)據(jù)。

回答以下問題：(1)當木板的傾角為37°時，所繪圖像如圖乙所示。由圖像可得，物塊過測量參考點時速度的大小為______m/s；選取圖線上位于坐標紙網(wǎng)格交叉點上的A、B兩點，利用A、B兩點數(shù)據(jù)得到小物塊下滑加速度的大小為________m/s2。(結果均保留2位有效數(shù)字)(2)根據(jù)上述數(shù)據(jù)，進一步分析得到當?shù)氐闹亓铀俣却笮開_______m/s2。(結果保留2位有效數(shù)字，sin37°＝0.60，cos37°＝0.80)

0.32

9.43.1

[例3]

如圖(a)，某同學設計了測量鐵塊與木板間動摩擦因數(shù)的實驗。所用器材有：鐵架臺、長木板、鐵塊、米尺、電磁打點計時器、頻率50Hz的交流電源、紙帶等?；卮鹣铝袉栴}：(1)鐵塊與木板間動摩擦因數(shù)μ＝________(用木板與水平面的夾角θ、重力加速度g和鐵塊下滑的加速度a表示)。(2)某次實驗時，調整木板與水平面的夾角使θ＝30°。接通電源，開啟打點計時器，釋放鐵塊，鐵塊從靜止開始沿木板滑下。多次重復后選擇點跡清晰的一條紙帶，如圖(b)所示。圖中的點為計數(shù)點(每兩個相鄰的計數(shù)點間還有4個點未畫出)。重力加速度為9.80m/s2?？梢杂嬎愠鲨F塊與木板間的動摩擦因數(shù)為___________(結果保留2位小數(shù))。

=1.97m/s20.35[創(chuàng)新演練]1．(2020·全國卷Ⅱ)一細繩跨過懸掛的定滑輪，兩端分別系有小球A和B，如圖所示。一實驗小組用此裝置測量小球B運動的加速度。令兩小球靜止，細繩拉緊，然后釋放小球，測得小球B釋放時的高度h0＝0.590m，下降一段距離后的高度h＝0.100m；由h0下降至h所用的時間T＝0.730s。由此求得小球B加速度的大小為a＝_________m/s2(保留3位有效數(shù)字)。從實驗室提供的數(shù)據(jù)得知，小球A、B的質量分別為100.0g和150.0g，當?shù)刂亓铀俣却笮間＝9.80m/s2。根據(jù)牛頓第二定律計算可得小球B加速度的大小為a′＝________m/s2(保留3位有效數(shù)字)?？梢钥闯觯琣′與a有明顯差異，除實驗中的偶然誤差外，寫出一條可能產生這一結果的原因：__________________________________________________。

a=1.84m/s21.84mBg-T=mBa/T-mAg-T=mAa/a/=1.96m/s21.96滑輪不光滑2．(2020·北京等級考)在“探究加速度與物體受力、物體質量的關系”實驗中，做如下探究：(1)為猜想加速度與質量的關系，可利用圖1所示裝置進行對比實驗。兩小車放在水平板上，前端通過鉤碼牽引，后端各系一條細線，用板擦把兩條細線按在桌上，使小車靜止。抬起板擦，小車同時運動，一段時間后按下板擦，小車同時停下。對比兩小車的位移，可知加速度與質量大致成反比。關于實驗條件，下列正確的是________(填選項前的字母)。A．小車質量相同，鉤碼質量不同B．小車質量不同，鉤碼質量相同C．小車質量不同，鉤碼質量不同B次數(shù)1234567a/(m·s－2)0.620.560.480.400.320.240.15M/kg0.250.290.330.400.500.711.00(3)在探究加速度與力的關系實驗之前，需要思考如何測“力”。請在圖3中畫出小車受力的示意圖。為了簡化“力”的測量，下列說法正確的是________(填選項前的字母)。A．使小車沿傾角合適的斜面運動，小車受力可等效為只受繩的拉力B．若斜面傾角過大，小車所受合力將小于繩的拉力C．無論小車運動的加速度多大，砂和桶的重力都等于繩的拉力D．讓小車的運動趨近于勻速運動，砂和桶的重力才近似等于繩的拉力。AD3．(2021·遼寧高考)某同學閱讀教材中的“科學漫步”欄目，對“流體的阻力(f)跟物體相對于流體的速度(v)有關”這一說法產生了興趣，通過查閱資料得知：對于球形物體，二者間存在定量關系f＝kv，k為比例系數(shù)。該同學為探究這一關系利用如圖(a)所示裝置測量k。具體操作如下：在柱狀玻璃容器中注入某透明液體，將小球在液面處由靜止釋放，當小球運動到0刻度