2019版高考物理總復(fù)習(xí) 實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新增分 專(zhuān)題四 探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系學(xué)案

1、實(shí)驗(yàn)四探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?學(xué)會(huì)用控制變量法探究物理規(guī)律。2探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系。3學(xué)會(huì)利用圖象法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的方法。4學(xué)會(huì)近似代替法的思想。二、實(shí)驗(yàn)原理1當(dāng)質(zhì)量一定時(shí)，研究加速度與合外力的關(guān)系aF合。2當(dāng)合外力一定時(shí)，研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系a。三、實(shí)驗(yàn)器材打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、復(fù)寫(xiě)紙片、小車(chē)、一端附有定滑輪的長(zhǎng)木板、小盤(pán)、砝碼、夾子、細(xì)繩、低壓交流電源、導(dǎo)線、天平(帶有一套砝碼)、刻度尺。四、實(shí)驗(yàn)步驟1稱(chēng)量質(zhì)量：用天平測(cè)量小盤(pán)的質(zhì)量m0和小車(chē)的質(zhì)量M。2儀器安裝：按照如圖所示裝置把實(shí)驗(yàn)器材安裝好，只是不把懸掛小盤(pán)的細(xì)線系在小車(chē)上(即不給小車(chē)牽引力)。3平衡摩擦力：在長(zhǎng)木板

2、的不帶定滑輪的一端下面墊上一塊薄木塊，使小車(chē)在斜面上做勻速直線運(yùn)動(dòng)。4數(shù)據(jù)計(jì)算和記錄(1)保持小車(chē)的質(zhì)量不變：把小車(chē)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，掛上小盤(pán)和砝碼，先接通電源，再讓小車(chē)拖著紙帶在木板上勻加速下滑，打出一條紙帶。計(jì)算小盤(pán)和砝碼的重力，即為小車(chē)所受的合力，由紙帶計(jì)算出小車(chē)的加速度，并把力和對(duì)應(yīng)的加速度填入表(一)中。改變小盤(pán)內(nèi)砝碼的個(gè)數(shù)，并多做幾次。(2)保持小盤(pán)內(nèi)的砝碼個(gè)數(shù)不變：在小車(chē)上放上砝碼改變小車(chē)的質(zhì)量，讓小車(chē)在木板上滑動(dòng)打出紙帶。計(jì)算砝碼和小車(chē)的總質(zhì)量M，并由紙帶計(jì)算出小車(chē)對(duì)應(yīng)的加速度，并將所對(duì)應(yīng)的質(zhì)量和加速度填入表(二)中。改變小車(chē)上砝碼的個(gè)數(shù)，并多做幾次。 表(一)實(shí)驗(yàn)次數(shù)加速度a/

3、(ms2)小車(chē)受力F/N123表(二)實(shí)驗(yàn)次數(shù)加速度a/(ms2)小車(chē)和砝碼的總質(zhì)量M/kg小車(chē)和砝碼的總質(zhì)量的倒數(shù)/kg1123五、數(shù)據(jù)處理1計(jì)算加速度：先在紙帶上標(biāo)明計(jì)數(shù)點(diǎn)，測(cè)量各計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離，根據(jù)逐差法計(jì)算各條紙帶對(duì)應(yīng)的加速度。2作圖象找關(guān)系：根據(jù)記錄的各組對(duì)應(yīng)的加速度a與小車(chē)所受牽引力F，建立直角坐標(biāo)系，描點(diǎn)畫(huà)aF圖象。如果圖象是一條過(guò)原點(diǎn)的傾斜直線，便證明加速度與作用力成正比。再根據(jù)記錄的各組對(duì)應(yīng)的加速度a與小車(chē)和小車(chē)上砝碼總質(zhì)量M，建立直角坐標(biāo)系，描點(diǎn)畫(huà)a圖象，如果圖象是一條過(guò)原點(diǎn)的傾斜直線，就證明了加速度與質(zhì)量成反比。六、誤差分析1系統(tǒng)誤差以小車(chē)、小盤(pán)和砝碼整體為研究對(duì)象得mg

4、(Mm)a以小車(chē)為研究對(duì)象得FMa，求得Fmgmg”或“”)鋼球球心通過(guò)光電門(mén)的瞬時(shí)速度。答案(1)mg(2)解析(1)鋼球通過(guò)光電門(mén)A、B時(shí)的瞬時(shí)速度分別為vA、vB，由vv2ah得，加速度a，由牛頓第二定律得mgfma，解得fmg。(2)由勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律可知，鋼球通過(guò)光電門(mén)的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度，而球心通過(guò)光電門(mén)的中間位移的速度大于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度，因此鋼球通過(guò)光電門(mén)的平均速度小于鋼球球心通過(guò)光電門(mén)的瞬時(shí)速度。5(2017廣東執(zhí)信中學(xué)模擬)(1)如圖甲所示為某同學(xué)所安裝的“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置。在“驗(yàn)證牛頓第二定律”的實(shí)驗(yàn)中，為了使小車(chē)受到合外力等于砝碼

5、和砝碼盤(pán)的總重量，通常采用如下兩個(gè)措施：A平衡摩擦力：將長(zhǎng)木板無(wú)滑輪的一端下面墊一小木塊，反復(fù)移動(dòng)木塊的位置，直到小車(chē)在砝碼盤(pán)的拉動(dòng)下帶動(dòng)紙帶與小車(chē)一起做勻速直線運(yùn)動(dòng)；B在調(diào)整砝碼多少的過(guò)程中，要保證砝碼和砝碼盤(pán)的總質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車(chē)和砝碼的總質(zhì)量M。以上哪一個(gè)措施中有何重大錯(cuò)誤？(說(shuō)明錯(cuò)誤點(diǎn))_ _。如圖是上述實(shí)驗(yàn)打出的一條紙帶，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期是0.02 s，結(jié)合圖乙給出的數(shù)據(jù)(單位：cm)，求出小車(chē)運(yùn)動(dòng)加速度的大小為_(kāi)m/s2，并求出紙帶中P點(diǎn)瞬時(shí)速度的大小為_(kāi)m/s。(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)(2)某實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)了如圖a所示的實(shí)驗(yàn)裝置，通過(guò)改變重物的質(zhì)量，利用計(jì)算機(jī)可得滑塊運(yùn)動(dòng)的

6、加速度a和所受拉力F的關(guān)系圖象。他們?cè)谲壍浪胶蛢A斜的兩種情況下分別做了實(shí)驗(yàn)，得到了兩條aF圖線，如圖b所示。圖線_(填“甲”或“乙”)是在軌道左側(cè)抬高成為斜面情況下得到的。滑塊和位移傳感器發(fā)射部分的總質(zhì)量m_kg，滑塊和軌道間的動(dòng)摩擦因數(shù)_。答案(1)A有錯(cuò)誤，平衡摩擦力時(shí)不能懸掛砝碼盤(pán)4.02.6 (2)甲 0.5 0.2解析(1)A有錯(cuò)誤，平衡摩擦力時(shí)不能懸掛砝碼盤(pán)。小車(chē)運(yùn)動(dòng)的加速度計(jì)算表達(dá)式為：a m/s24.0 m/s2，紙帶中P點(diǎn)瞬時(shí)速度大小為vP m/s2.6 m/s。(2)由圖象可知，當(dāng)F0時(shí)，a0。也就是說(shuō)當(dāng)繩子上沒(méi)有拉力時(shí)小車(chē)就有加速度，該同學(xué)實(shí)驗(yàn)操作中平衡摩擦力過(guò)大，即傾

7、角過(guò)大，平衡摩擦力時(shí)木板的左端墊得過(guò)高。所以圖線甲是在軌道左側(cè)抬高成為斜面情況下得到的。根據(jù)Fma得a。所以滑塊運(yùn)動(dòng)的加速度a和所受拉力F的關(guān)系圖象斜率等于滑塊和位移傳感器發(fā)射部分的總質(zhì)量的倒數(shù)。由圖得加速度a和所受拉力F的關(guān)系圖象斜率k2，所以滑塊和位移傳感器發(fā)射部分的總質(zhì)量m0.5 kg；在水平軌道上F1 N時(shí)，加速度a0，根據(jù)牛頓第二定律得Fmg0，解得0.2。6(2017江門(mén)模擬)如圖甲所示是某同學(xué)探究加速度與力的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置。他在氣墊導(dǎo)軌上安裝了一個(gè)光電門(mén)B。滑塊上固定一遮光條，滑塊用細(xì)線繞過(guò)氣墊導(dǎo)軌左端的定滑輪與力傳感器相連，傳感器下方懸掛鉤碼，每次滑塊都從A處由靜止釋放。(1)

8、該同學(xué)用游標(biāo)卡尺測(cè)量遮光條的寬度d，如圖乙所示，則d_mm。(2)實(shí)驗(yàn)時(shí)，將滑塊從A位置由靜止釋放，由數(shù)字計(jì)時(shí)器讀出遮光條通過(guò)光電門(mén)B的時(shí)間t，若要得到滑塊的加速度，還需要測(cè)量的物理量是_。(3)下列不必要的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)要求是_。(填選項(xiàng)前的字母)A應(yīng)使滑塊質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼和力傳感器的總質(zhì)量B應(yīng)使A位置與光電門(mén)間的距離適當(dāng)大些C應(yīng)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)節(jié)水平D應(yīng)使細(xì)線與氣墊導(dǎo)軌平行(4)改變鉤碼質(zhì)量，測(cè)出對(duì)應(yīng)的力傳感器的示數(shù)F和遮光條通過(guò)光電門(mén)的時(shí)間t，通過(guò)描點(diǎn)作出線性圖象，研究滑塊的加速度與力的關(guān)系，處理數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)作出_填“t2F”“F”或“F”圖象。答案(1)2.30(2)遮光條到光電門(mén)的距離L(3)A(4

9、)F解析(1)由圖知第6條刻度線與主尺對(duì)齊，d2 mm60.05 mm2.30 mm。(2)實(shí)驗(yàn)時(shí)，將滑塊從A位置由靜止釋放，由數(shù)字計(jì)時(shí)器讀出遮光條通過(guò)光電門(mén)B的時(shí)間t，滑塊經(jīng)過(guò)光電門(mén)時(shí)的瞬時(shí)速度可近似認(rèn)為是滑塊經(jīng)過(guò)光電門(mén)的平均速度。根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式v22ax知若要得到滑塊的加速度，還需要測(cè)量的物理量是遮光條到光電門(mén)的距離L。(3)拉力是直接通過(guò)力傳感器測(cè)量的，故與小車(chē)質(zhì)量和鉤碼質(zhì)量大小關(guān)系無(wú)關(guān)，故A項(xiàng)不必要；應(yīng)使A位置與光電門(mén)間的距離適當(dāng)大些，有利于減小誤差，故B項(xiàng)必要；應(yīng)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)節(jié)水平，拉力才等于合力，故C項(xiàng)必要；要保持拉線方向與木板平面平行，拉力才等于合力，故D項(xiàng)必要；故選A。(4)由

10、題意可知，該實(shí)驗(yàn)中保持小車(chē)質(zhì)量M不變，因此有：v22aL，v，a，2L，所以研究滑塊的加速度與力的關(guān)系，處理數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)作出F圖象。7(2016全國(guó)卷)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(guān)系。圖中，置于實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的長(zhǎng)木板水平放置，其右端固定一輕滑輪，輕繩跨過(guò)滑輪，一端與放在木板上的小滑車(chē)相連，另一端可懸掛鉤碼。本實(shí)驗(yàn)中可用的鉤碼共有N5個(gè)，每個(gè)質(zhì)量均為0.010 kg。實(shí)驗(yàn)步驟如下：(1)將5個(gè)鉤碼全部放入小車(chē)中，在長(zhǎng)木板左下方墊上適當(dāng)厚度的小物塊，使小車(chē)(和鉤碼)可以在木板上勻速下滑。(2)將n(依次取n1,2,3,4,5)個(gè)鉤碼掛在輕繩右端，其余Nn個(gè)鉤碼仍留在小車(chē)

11、內(nèi)；用手按住小車(chē)并使輕繩與木板平行。釋放小車(chē)，同時(shí)用傳感器記錄小車(chē)在時(shí)刻t相對(duì)于其起始位置的位移s，繪制st圖象，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后可得到相應(yīng)的加速度a。(3)對(duì)應(yīng)于不同的n的a值見(jiàn)下表。n2時(shí)的st圖象如圖b所示；由圖b求出此時(shí)小車(chē)的加速度(保留兩位有效數(shù)字)，將結(jié)果填入下表。n12345a/(ms2)0.20_0.580.781.00(4)利用表中的數(shù)據(jù)在圖c中補(bǔ)齊數(shù)據(jù)點(diǎn)，并作出an圖象。從圖象可以看出：當(dāng)物體質(zhì)量一定時(shí)，物體的加速度與其所受的合外力成正比。(5)利用an圖象求得小車(chē)(空載)的質(zhì)量為_(kāi)kg(保留兩位有效數(shù)字，重力加速度取g9.8 m/s2)。(6)若以“保持木板水平”來(lái)代替步驟(1)，下列說(shuō)法正確的是_(填入正確選項(xiàng)前的標(biāo)號(hào))。Aan圖線不再是直線Ban圖線仍是直線，但該直線不過(guò)原點(diǎn)Can圖線仍是直線，但該直線的斜率變大答案(3)0.40(4)如圖所示(5)0.45(6)BC解析(3)因?yàn)樾≤?chē)做初速度為零的勻加速直線運(yùn)