2025屆新高考物理熱點精準復(fù)習(xí) 實驗：探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系

2025屆新高考物理熱點精準復(fù)習(xí)

實驗：探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系【學(xué)習(xí)目標】1.理解實驗原理，會做“探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系”實驗．2.能分析用其他儀器或方法探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系的實驗．【知識框架】【目錄】問題一分析常規(guī)實驗問題二分析創(chuàng)新實驗Part1分析常規(guī)實驗問題一分析常規(guī)實驗1.探究方法——控制變量法1)控制小車的質(zhì)量M(包括車上砝碼)不變，研究加速度與合外力的關(guān)系。2)控制力F不變，改變小車的質(zhì)量M，研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系。2.要測量的物理量1)小車的質(zhì)量M(包括車上砝碼)——用天平測出。2)小車受的拉力F——用天平測出槽碼的質(zhì)量m，由F=mg近似算出。3)小車的加速度a——(1)通過打點計時器打出的紙帶測算出。(2)測出兩個做初速度為零的勻加速直線運動的物體在相同時間內(nèi)發(fā)生的位移x1、x2，由a=

，可得位移之比就等于加速度之比，即

。17.1實驗思路1.測量質(zhì)量用天平測出小車和槽碼的質(zhì)量，并把數(shù)據(jù)記錄下來。2.安裝器材按實驗裝置圖將實驗器材安裝好(小車上不系細線)。3.阻力補償在長木板無滑輪的一端下面墊一薄木板，調(diào)節(jié)薄木板的位置，直到小車拖動紙帶沿木板勻速下滑。4.具體操作將小車停在靠近打點計時器處，掛上槽碼，接通電源后放開小車打出紙帶，取下紙帶并在紙帶上標上號碼以及此時小車的質(zhì)量M及槽碼的質(zhì)量m5.改變小車受力(保持小車的質(zhì)量不變)(1)通過改變槽碼的個數(shù)，改變槽碼的總質(zhì)量(總質(zhì)量仍遠小于小車質(zhì)量)，來改變小車所受的拉力。(2)重復(fù)步驟4，多做幾次實驗。6.改變小車質(zhì)量(保持小車受到的拉力不變)(1)通過增減小車上的砝碼改變小車的質(zhì)量。(2)重復(fù)步驟4，多做幾次實驗。問題一分析常規(guī)實驗17.2實驗步驟問題一分析常規(guī)實驗17.3數(shù)據(jù)分析1.計算法測得加速度或加速度之比(等于位移之比)后，通過計算，看結(jié)果是否滿足：(1)M一定時，

；(2)F一定時，

。2.圖像法1)加速度與力的關(guān)系的實驗數(shù)據(jù)分析：以加速度a為縱軸，以力F為橫軸，根據(jù)測量數(shù)據(jù)描點，作出a-F圖像，如圖甲所示。a-F圖像是一條通過原點的傾斜直線，則可得出結(jié)論：在誤差允許的范圍內(nèi)，質(zhì)量M不變時，加速度a與力F成正比。2)加速度與質(zhì)量的關(guān)系的實驗數(shù)據(jù)分析：以加速度a為縱軸，以質(zhì)量M為橫軸，作出a-M圖像，如圖所示，由于圖像為曲線，判斷a與M是否成反比關(guān)系較難。若a與M成反比，則a與成正比，我們采用“化曲為直”的方法，以加速度a為縱軸，以為橫軸，作出a-圖像，如圖丙所示，圖像是一條通過原點的傾斜直線，則可得出結(jié)論：在誤差允許的范圍內(nèi)，力F不變時，加速度a與質(zhì)量M成反比。1.誤差分析（本實驗涉及的誤差有系統(tǒng)誤差和偶然誤差。）

1)系統(tǒng)誤差：本實驗用槽碼的重力代替小車受到的拉力，而實際上小車所受的拉力要小于槽碼的重力。當(dāng)槽碼的質(zhì)量小于小車的質(zhì)量時，槽碼的質(zhì)量越接近于小車的質(zhì)量，誤差越大；槽碼的質(zhì)量越小于小車的質(zhì)量，誤差就越小。因此，滿足槽碼的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量的目的就是減小因?qū)嶒炘聿煌晟贫鸬恼`差。2)偶然誤差：阻力補償不準確、質(zhì)量測量不準確、計數(shù)點間距測量不準確、紙帶和細線不嚴格與木板平行都會引起誤差。2.三種常見的誤差情況1)圖線①的上部發(fā)生了彎曲，是因為當(dāng)小車所受拉力F較大時，不滿足“重物的質(zhì)量遠小于小車的總質(zhì)量”的條件。2)圖線②與a軸有交點，說明拉力F=0(不掛重物)時，小車就具有了加速度，這是進行阻力補償時，長木板的傾角過大造成的。3)圖線③與F軸有交點，說明只有當(dāng)F增大到某一定值時，小車才獲得加速度，這是沒有進行阻力補償或阻力補償不足造成的。3.實驗注意事項1)阻力補償：不要掛槽碼，但小車要連著紙帶；整個實驗過程中，進行了阻力補償后，不管以后是改變槽碼的個數(shù)還是改變小車的質(zhì)量，都不需要重新進行阻力補償。(2)實驗條件：實驗中要使小車的質(zhì)量遠大于槽碼的質(zhì)量。只有如此，槽碼的重力才可視為小車受到的拉力。3)一先一后一按?。焊淖兝蛐≤囐|(zhì)量后，每次開始時小車應(yīng)盡量靠近打點計時器，并應(yīng)先接通電源，后放開小車，且應(yīng)在小車到達滑輪前按住小車。4)作圖像：作圖時兩坐標軸標度比例要適當(dāng)，這樣描點時，點間距不至于過密，誤差會小些。要通過盡可能多的點作圖線，不在圖線上的點應(yīng)盡可能均勻分布在圖線兩側(cè)，離圖線較遠的點應(yīng)舍去。問題一分析常規(guī)實驗17.4實驗誤差分析與注意事項例1.下列關(guān)于平衡摩擦力的說法中正確的有________．A.平衡摩擦力時，是在長木板不帶定滑輪的一端下面墊上一塊薄木塊，并反復(fù)移動薄木塊至合適的位置B.在平衡摩擦力時，需要將掛小盤和砝碼的細繩系在小車上C.在平衡摩擦力時，不要把懸掛小盤的細繩系在小車上，即不要給小車加任何牽引力，并要讓小車拖著紙帶勻速運動D.平衡木塊摩擦力后，細繩的拉力即為木塊受到的合外力E.整個實驗平衡了摩擦力后，不管以后是改變小盤和砝碼的總質(zhì)量還是改變小車和砝碼的總質(zhì)量，都不需要重新平衡摩擦力問題一分析常規(guī)實驗ACDE例2.實驗得到的a-F圖像如圖所示．(1)圖線①的上部彎曲，是由于_______________________________________.(2)圖線②與a軸有截距，是由于_____________________________________.(3)圖線③與F軸有截距，是由于_____________________________________.問題一分析常規(guī)實驗當(dāng)木塊受力F較大時，不滿足“小盤和盤內(nèi)砝碼的總質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量”的條件平衡摩擦力時長木板的傾角過大(平衡摩擦力過度)平衡摩擦力時長木板的傾角過小(平衡摩擦力不足)，或未平衡摩擦力例3.本實驗用小盤和砝碼所受的總重力代替對小車的拉力，而實際上小車所受的拉力要小于小盤和砝碼所受的總重力，這種因?qū)嶒炘聿煌晟埔鸬恼`差是系統(tǒng)誤差．設(shè)小盤和砝碼的總質(zhì)量為m，小車的質(zhì)量為M，重力加速度為g，已平衡摩擦力，求：(1)細繩上的實際拉力的表達式．(2)根據(jù)(1)的表達式，說說什么情況下小盤和砝碼所受的總重力才近似等于細線對小車的拉力．

問題一分析常規(guī)實驗Part2分析創(chuàng)新實驗問題二分析創(chuàng)新實驗1.利用彈簧測力計或力傳感器測量合外力的大小加速度可由紙帶上的點計算得出，合外力可由力傳感器或彈簧測力計直接或間接測出，從而判斷加速度a與合外力F的關(guān)系。此方案中不需要滿足m遠小于M的條件。2.用氣墊導(dǎo)軌替代長木板，利用光電門測加速度利用氣墊導(dǎo)軌替代長木板做實驗時，由于滑塊與氣墊導(dǎo)軌之間的摩擦力極小，故不需要進行阻力補償，實驗裝置如圖。3.通過位移之比測量加速度之比將兩個相同的小車放在光滑水平板上，前端各系一條細線，線的另一端跨過定滑輪各掛一個小盤，盤中可放重物，如圖甲所示，使盤和重物的總質(zhì)量始終遠小于小車與車中重物的總質(zhì)量，則盤和重物的總重力近似等于小車受到的拉力兩個小車后端各系一條細線，一起被一個夾子夾著使小車靜止，如圖乙所示，打開夾子，兩個小車同時開始運動，合上夾子，兩小車同時停下，用刻度尺測出兩個小車通過的位移，位移之比就等于它們的加速度之比。17.5實驗拓展與創(chuàng)新例4.為了“驗證牛頓第二定律”的正確性而采用如圖甲所示的實驗裝置，帶滑輪的長木板水平固定，實驗過程始終保持跨過小車上的光滑定滑輪的兩根細線均與長木板平行，且與拉力傳感器相連的細線沿傳感器軸線方向．(1)打點計時器使用________(選填“交流”或“直流”)電．(2)為了使小車所受的合力等于拉力，應(yīng)該________(選填“平衡摩擦力”或“m砂m桶”)．(3)進行(2)的實驗操作后，得到數(shù)據(jù)紙帶乙，A、B、C、D、E為5個相鄰的計數(shù)點，相鄰的兩個計數(shù)點之間還有四個計時點未畫出．已知打點計時器的工作頻率為50Hz，可求出小車的加速度a＝________m/s2.(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)(4)砂桶總質(zhì)量為m，拉力傳感器讀數(shù)為F，小車質(zhì)量為M，加速度為a，如果表達式________(用字母表示)成立，則說明牛頓第二定律正確．問題二分析創(chuàng)新實驗

(1)交流(2)平衡摩擦力(3)0.40

(4)2F＝Ma交流平衡摩擦力0.402F＝Ma即時訓(xùn)練.某同學(xué)利用如圖所示的實驗裝置來測量重力加速度g.細繩跨過固定在鐵架臺上的輕質(zhì)滑輪，兩端各懸掛一只質(zhì)量為M的重錘．實驗操作如下：①用米尺量出重錘1底端距地面的高度H；②在重錘1上加上質(zhì)量為m的小鉤碼；③左手將重錘2壓在地面上，保持系統(tǒng)靜止．釋放重錘2，同時右手開啟秒表，在重錘1落地時停止計時，記錄下落時間；④重復(fù)測量3次下落時間，取其平均值作為測量值t.請回答下列問題：(1)步驟④可以減小對下落時間t測量的________(選填“偶然”或“系統(tǒng)”)誤差．(2)實驗要求小鉤碼的質(zhì)量m要比重錘的質(zhì)量M小很多，主要是為了________．A.使H測得更準確B.使重錘1下落的時間長一些C.使系統(tǒng)的總質(zhì)量近似等于2MD.使細繩的拉力與小鉤碼的重力近似相等(3)滑輪的摩擦阻力會引起實驗誤差．現(xiàn)提供一些橡皮泥用于減小該誤差