適用于新高考新教材備戰(zhàn)2025屆高考物理一輪總復(fù)習(xí)第3章運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系第6講實(shí)驗(yàn)探究加速度與物體受力物體質(zhì)量的關(guān)系課件

第6講實(shí)驗(yàn)探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系強(qiáng)基礎(chǔ)固本增分研考點(diǎn)精準(zhǔn)突破目錄索引

強(qiáng)基礎(chǔ)固本增分一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.學(xué)會(huì)用控制變量法研究物理量的關(guān)系。2.探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系。3.掌握利用圖像處理數(shù)據(jù)的方法。二、實(shí)驗(yàn)器材打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、小車、一端附有定滑輪的長(zhǎng)木板、槽碼、夾子、細(xì)繩、交變電源、導(dǎo)線、天平、刻度尺、砝碼。三、實(shí)驗(yàn)思路(一)控制變量法的應(yīng)用將小車置于水平木板上,用細(xì)繩通過滑輪與槽碼相連,小車可以在槽碼的牽引下運(yùn)動(dòng)。1.保持小車質(zhì)量不變,研究加速度與力的關(guān)系。2.保持小車所受的拉力不變,研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系。(二)物理量的測(cè)量1.用天平測(cè)量質(zhì)量:為了改變小車的質(zhì)量,可以在小車中增減砝碼的數(shù)量。2.將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶連在小車上,根據(jù)紙帶上打出的點(diǎn)來測(cè)量加速度。3.現(xiàn)實(shí)中,僅受一個(gè)力作用的物體幾乎不存在。然而,一個(gè)單獨(dú)的力的作用效果與跟它大小、方向都相同的合力的作用效果是相同的。因此,實(shí)驗(yàn)中作用力F的含義可以是物體所受的合力。用阻力補(bǔ)償法確定小車受到的合力——槽碼的牽引力。四、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)1.稱量質(zhì)量——用天平測(cè)量槽碼和小車的質(zhì)量。2.安裝器材——按如圖所示裝置安裝器材(暫時(shí)不把懸掛槽碼的細(xì)繩系在小車上)。

使細(xì)繩的拉力等于小車所受合力3.平衡摩擦及其他阻力——在長(zhǎng)木板不帶定滑輪的一端下面墊上一塊薄木塊,反復(fù)移動(dòng)薄木塊的位置,直至小車能拉著紙帶勻速下滑。

紙帶上所打點(diǎn)均勻?yàn)闃?biāo)志4.測(cè)量加速度(1)保持小車的質(zhì)量不變,打出一條紙帶。計(jì)算槽碼的重力,由紙帶計(jì)算出小車的加速度,填入表中。改變槽碼的個(gè)數(shù),多做幾次實(shí)驗(yàn)。(2)保持槽碼個(gè)數(shù)不變,在小車上放上砝碼改變小車的質(zhì)量,讓小車在木板上滑動(dòng)打出紙帶。計(jì)算砝碼和小車的總質(zhì)量,并由紙帶計(jì)算出小車對(duì)應(yīng)的加速度,填入表中。改變小車上砝碼的個(gè)數(shù),多做幾次實(shí)驗(yàn)。五、數(shù)據(jù)分析1.利用Δs=aT2及逐差法求a。2.以a為縱坐標(biāo),F為橫坐標(biāo),根據(jù)各組數(shù)據(jù)描點(diǎn),如果這些點(diǎn)在一條過原點(diǎn)的直線上,說明a與F成正比。3.以a為縱坐標(biāo),為橫坐標(biāo),描點(diǎn)、連線,如果該線為過原點(diǎn)的直線,就能判定a與m成反比。六、誤差分析1.實(shí)驗(yàn)原理不完善:本實(shí)驗(yàn)用槽碼所受的重力代替小車所受的拉力,而實(shí)際上小車所受的拉力要小于槽碼所受的重力。2.摩擦力平衡不準(zhǔn)確、質(zhì)量測(cè)量不準(zhǔn)確、計(jì)數(shù)點(diǎn)間距測(cè)量不準(zhǔn)確、紙帶和細(xì)繩不嚴(yán)格與木板平行都會(huì)引起誤差。七、其他方案概述方案:通過位移之比測(cè)量加速度之比如圖所示,將兩輛相同的小車放在水平木板上,前端各系一條細(xì)線,線的另一端跨過定滑輪各掛一個(gè)小盤,盤中可以放不同的重物。把木板一端墊高,參考前面的阻力補(bǔ)償法補(bǔ)償阻力的影響,兩小車后端各系一條細(xì)線,用一個(gè)物體,例如黑板擦,把兩條細(xì)線同時(shí)按壓在木板上。抬起黑板擦,兩小車同時(shí)開始運(yùn)動(dòng),按下黑板擦,兩小車同時(shí)停下來。用刻度尺測(cè)出兩小車移動(dòng)的位移s1、s2。由于兩小車運(yùn)動(dòng)時(shí)間t相同,從它們的位移之比就可以得出加速度之比。完成上述實(shí)驗(yàn)后,在盤中重物相同的情況下,通過增減小車中的重物改變小車的質(zhì)量,再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?！獭獭獭痢獭裂锌键c(diǎn)精準(zhǔn)突破考點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)考向一

實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)操作典題1(2023天津?qū)幒佣?探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示,小車裝有砝碼,現(xiàn)做如下探究:(1)下列對(duì)實(shí)驗(yàn)操作的判斷正確的是

(填字母代號(hào))。

A.調(diào)節(jié)定滑輪的高度,使?fàn)恳≤嚨募?xì)繩與長(zhǎng)木板保持平行B.在調(diào)節(jié)長(zhǎng)木板傾斜度平衡小車受到的滑動(dòng)摩擦力時(shí),將裝有砝碼的小盤通過定滑輪系在小車上C.實(shí)驗(yàn)時(shí),先放開小車再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源D.每次改變小車質(zhì)量時(shí),不需要重新調(diào)節(jié)長(zhǎng)木板傾斜度(2)為使砝碼及小盤的總重力在數(shù)值上近似等于小車運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的拉力,應(yīng)滿足的條件是砝碼及小盤的總質(zhì)量

(選填“近似等于”“遠(yuǎn)大于”或“遠(yuǎn)小于”)小車和小車上砝碼的總質(zhì)量。

AD遠(yuǎn)小于解析

(1)實(shí)驗(yàn)中細(xì)繩要保持與長(zhǎng)木板平行,A正確;平衡摩擦力時(shí)不能將小盤和砝碼通過定滑輪系在小車上,B錯(cuò)誤;實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先接通電源再放開小車,C錯(cuò)誤;平衡摩擦力后,每次改變小車的質(zhì)量時(shí),小車的重力沿斜面的分力和摩擦力仍能抵消,不需要重新平衡摩擦力,D正確?？枷蚨?/p>

數(shù)據(jù)處理和誤差分析典題2(2023山東日照二模)探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示。甲(1)實(shí)驗(yàn)時(shí),某同學(xué)在一條點(diǎn)跡清晰的紙帶上每隔4個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),分別記為A、B、C、D、E、F、G,它們到O點(diǎn)的距離如圖乙所示。已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用交流電源的頻率是50Hz,可得小車的加速度大小是

m/s2。(計(jì)算結(jié)果保留兩位小數(shù))

乙0.99(2)如果實(shí)驗(yàn)時(shí)所用交變電流的頻率是49Hz,而做實(shí)驗(yàn)的同學(xué)并不知道,則加速度的測(cè)量值

(選填“大于”“小于”或“等于”)真實(shí)值。

丙(3)兩同學(xué)同時(shí)各取一套圖甲所示的裝置放在水平桌面上進(jìn)行實(shí)驗(yàn),在沒有平衡摩擦力的情況下,研究加速度a與拉力F的關(guān)系,分別得到圖丙中的A、B兩條直線。若小車與軌道間的動(dòng)摩擦因數(shù)分別為μA、μB,則μA

(選填“大于”“小于”或“等于”)μB。

大于大于解析

(1)根據(jù)題意可知,交流電源頻率為50

Hz,每隔4個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),則相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T=0.1

s,由逐差法有sDG-sAD=,解得a=0.99

m/s2。(2)如果實(shí)驗(yàn)時(shí)所用交變電流的頻率是49

Hz,則相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的實(shí)際時(shí)間間隔大于0.1

s,而做實(shí)驗(yàn)的同學(xué)并不知道,計(jì)算所用T的值比實(shí)際值小,所以測(cè)量的加速度值大于真實(shí)的加速度值。(3)沒有平衡摩擦力時(shí),對(duì)小車受力分析,根據(jù)牛頓第二定律有F-μmg=ma,整理得a=F-μg,可知圖像的縱截距為-μg,則有μA>μB。考點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新考向一

實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新典題3

某物理興趣小組利用如圖甲所示的裝置探究牛頓第二定律。氣墊導(dǎo)軌置于水平桌面上,G1和G2為兩個(gè)光電門,A為帶有遮光片的滑塊,其質(zhì)量為m0,B為重物,其質(zhì)量為m,重力加速度為g,實(shí)驗(yàn)過程如下:(1)將細(xì)線取下,輕推滑塊A,測(cè)得遮光片通過光電門G1、G2的時(shí)間分別為Δt1、Δt2,若氣墊導(dǎo)軌水平,則有Δt1

(選填“>”“=”或“<”)Δt2。

(2)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)成水平狀態(tài)后,掛上細(xì)線和重物,用重物的重力mg作為系統(tǒng)受到的合外力。(3)用20分度的游標(biāo)卡尺測(cè)量遮光片的寬度如圖乙所示,讀數(shù)為

mm。為了測(cè)定系統(tǒng)的加速度,除了測(cè)定滑塊A經(jīng)過光電門G1和G2的時(shí)間和遮光片的寬度d外,還需要測(cè)量

。(4)多次改變重物B的質(zhì)量獲得對(duì)應(yīng)的加速度a。若牛頓第二定律成立,則滿足的關(guān)系式為

(用m、m0、g和a表示)。

=2.05光電門G1和G2之間的距離s(或滑塊由光電門G1滑到光電門G2的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t)mg=(m0+m)a解析

(1)若氣墊導(dǎo)軌水平,輕推滑塊后滑塊獲得一定速度,在氣墊導(dǎo)軌上做勻速直線運(yùn)動(dòng),通過兩個(gè)光電門的時(shí)間相等,即Δt1=Δt2。(3)20分度游標(biāo)卡尺的精確度為0.05

mm,由圖乙可知遮光片的寬度為d=2

mm+1×0.05

mm=2.05

mm。掛上細(xì)線和重物后,滑塊在細(xì)線拉力的測(cè)定滑塊A經(jīng)過光電門G1和G2的時(shí)間和遮光片的寬度d外,還需要測(cè)量光電門G1和G2之間的距離x或滑塊由光電門G1滑到光電門G2的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t。(4)多次改變重物B的質(zhì)量獲得對(duì)應(yīng)的加速度a。若牛頓第二定律成立,以滑塊和重物為整體,則有mg=(m0+m)a?？枷蚨?shí)驗(yàn)原理的創(chuàng)新典題4(2024廣東汕頭金山中學(xué)模擬)某同學(xué)利用手機(jī)“聲音圖像”軟件測(cè)量物塊與長(zhǎng)木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ。實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示,長(zhǎng)木板固定在水平桌面上,物塊置于長(zhǎng)木板上且兩端分別通過跨過定滑輪的細(xì)線與小球A、B相連,實(shí)驗(yàn)前分別測(cè)量出小球A、B底部到地面的高度hA、hB(hB>hA)。打開手機(jī)軟件,燒斷一側(cè)細(xì)線,記錄下小球與地面兩次碰撞聲的時(shí)間圖像。(兩小球落地后均不反彈)甲(1)燒斷細(xì)線前,用分度值為1cm的刻度尺測(cè)量hA,刻度尺的0刻度線與地面齊平,小球A的位置如圖乙所示,則hA=

cm。

乙78.5(2)實(shí)驗(yàn)時(shí)燒斷物塊左側(cè)的細(xì)線,若算得A下落時(shí)間為0.40s,由圖丙可知,物塊加速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為

s;若將手機(jī)放在靠近小球A的地面上測(cè)量物塊加速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間,測(cè)量結(jié)果會(huì)

(選填“偏大”“偏小”或“不變”)。(3)僅改變小球B實(shí)驗(yàn)前離地高度hB,測(cè)量不同高度下物塊加速運(yùn)動(dòng)時(shí)間t,作出hB-t2圖像如圖丁所示,由圖像可求得斜率為k,若小球B的質(zhì)量為m,物塊質(zhì)量為m0,重力加速度大小為g,則物塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=

。(用字母k、m、m0、g表示)

丁丙0.90偏大解析

(1)測(cè)量時(shí)間是通過小球落地計(jì)算,