新高考物理一轮复习精讲精练第3章 牛顿运动定律 第5讲 探究加速度与物体受力、物体质量的关系（含解析）

《新高考物理一轮复习精讲精练第3章 牛顿运动定律 第5讲 探究加速度与物体受力、物体质量的关系（含解析）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《新高考物理一轮复习精讲精练第3章 牛顿运动定律 第5讲 探究加速度与物体受力、物体质量的关系（含解析）（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第五讲 探究加速度与物体受力、物体质量的关系 知识梳理1.实验原理(1)保持质量不变，探究加速度跟合外力的关系(2)保持合外力不变，探究加速度与质量的关系(3)作出aF图像和a图像，确定a与F、m的关系2.实验器材小车、槽码、细绳、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、学生电源、导线、纸带、天平、刻度尺、坐标纸3.实验过程(1)测量：用天平测量槽码的质量m和小车的质量m.(2)安装：按照如图所示装置把实验器材安装好(3)平衡摩擦力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块，使小车能匀速下滑(4)操作：槽码通过细绳绕过定滑轮系于小车上，先接通电源后放开小车，断开电源，取下纸带，编号码保持小

2、车的质量m不变，改变槽码的质量m，重复步骤.在每条纸带上选取一段比较理想的部分，计算加速度a.描点作图，作aF的图像保持槽码的质量m不变，改变小车质量m，重复步骤和，作a图像4.数据处理(1)利用逐差法或vt图像法求a.(2)以a为纵坐标，F为横坐标，描点、画线，如果该线为过原点的直线，说明a与F成正比(3)以a为纵坐标，为横坐标，描点、画线，如果该线为过原点的直线，就能判定a与m成反比5.注意事项(1)平衡摩擦力时：纸带上的点间隔均匀表示小车做匀速运动(2)实验必须保证的条件：mm.(3)一先一后一按：改变拉力或小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，后释放小车，且应

3、在小车到达滑轮前按住小车6.误差分析(1)实验原理不完善：本实验用槽码的总重力mg代替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于槽码的总重力(2)平衡摩擦力不准确、质量测量不准确、计数点间距离测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差 知识训练考点一、教材原型实验例1、“探究加速度与力的关系”的实验装置如图甲所示。(1)实验的五个步骤如下：a将纸带穿过打点计时器并将一端固定在小车上；b把细线的一端固定在小车上，另一端通过定滑轮与小桶相连；c平衡摩擦力，让小车做匀速直线运动；d接通电源后释放小车，小车在细线拉动下运动，测出小桶(和沙)的重力mg，作为细线对小车的拉力F，利用纸带测量出小车的

4、加速度a；e更换纸带，改变小桶内沙的质量，重复步骤d的操作。按照实验原理，这五个步骤的先后顺序应该为：_(将序号排序)。(2)实验中打出的某一条纸带如图乙所示。相邻计数点间的时间间隔是0.1 s，由此可以算出小车运动的加速度是_ m/s2。(3)利用测得的数据，可得到小车质量M一定时，运动的加速度a和所受拉力F(Fmg，m为沙和小桶的总质量，g为重力加速度)的关系图象如图丙所示。拉力F较大时，aF图线明显弯曲，产生误差。若不断增加沙桶中沙的质量，aF图象中各点连成的曲线将不断延伸，那么加速度a的趋向值为_(用题中出现物理量表示)。为避免上述误差可采取的措施是_。A每次增加桶内沙子的质量时，增幅

5、小一点B测小车的加速度时，利用速度传感器代替纸带和打点计时器C将无线力传感器捆绑在小车上，再将细线连在力传感器上，用力传感器读数代替小车所受拉力D在增加桶内沙子质量的同时，在小车上增加砝码，确保沙和小桶的总质量始终远小于小车和砝码的总质量【答案】(1)acbde(2)1.46(3)gC【解析】(1)按照实验原理，题中五个步骤的先后顺序应该为：acbde。(2)根据xaT2可知a m/s21.46 m/s2。(3)实际小车所受拉力F实mg，对小车有F实Ma，对沙和小桶有mgF实ma，联立得a，当m远大于M时，ag。上述误差是由细线拉力测量不准确造成的，与m增加的快慢和a的测量无关，故A、B错误，

6、C正确；D项没有保证小车质量一定，故D错误。l 课堂随练训练1、用如图所示的装置验证牛顿第二定律(1)除了图中所给器材以及交流电源和导线外，在下列器材中，还必须使用的两种器材是_(选填正确选项的字母)A秒表 B天平(含砝码)C弹簧测力计 D刻度尺(2)实验前补偿阻力的做法是：把实验器材安装好，先不挂重物，将小车放在木板上，后面固定一条纸带，纸带穿过打点计时器用垫块把木板一端垫高，接通打点计时器，让小车以一定初速度沿木板向下运动，并不断调节木板的倾斜度，直到小车拖动纸带沿木板做_运动(3)为使砂桶和砂的总重力在数值上近似等于小车运动时受到的拉力，需满足的条件是砂桶及砂的总质量_小车的总质量(选填

7、“远大于”“远小于”或“近似等于”)(4)实验中打出的一条纸带的一部分如图所示纸带上标出了连续的3个计数点A、B、C，相邻计数点之间还有4个点没有标出打点计时器接在频率为50 Hz的交流电源上则打点计时器打B点时，小车的速度vB_ m/s.多测几个点的速度作出vt图像，就可以算出小车的加速度(5)为研究加速度和力的关系，要保证_的总质量不变，改变砂桶内砂的质量，重复做几次实验，通过实验数据来研究加速度和力的关系(6)在研究加速度与质量的关系时，要保证砂和砂桶的质量不变若砂和砂桶的质量m与小车的总质量M间的关系不满足第(3)问中的条件，由实验数据作出a和的图线，则图线应如图中的_所示(选填正确选

8、项的字母)【答案】(1)BD(2)匀速直线(3)远小于(4)0.44(0.430.45)(5)小车(6)C【解析】(1)利用天平测量质量，利用打点计时器可以计时，打出的纸带需测量长度求加速度，所以需要天平和刻度尺，A、C错误，B、D正确(2)补偿阻力是使小车拖动纸带在木板上做匀速直线运动(3)为了使砂桶及砂的重力近似等于拉力，需要砂桶及砂的总质量要远小于小车的总质量(4)由中间时刻的瞬时速度等于整个过程的平均速度，可得vB m/s0.44 m/s(5)探究加速度a与外力F的关系时，需要保持小车的总质量恒定不变(6)在研究加速度与质量的关系时， 由于平衡了摩擦力，所以图像过原点，且分别对小车和砂

9、桶及砂受力分析，由牛顿第二定律可得mgFTma，FTMa，解得 mg(Mm)a，整理解得a，因为保证了砂和砂桶的质量不变，所以由实验数据作出a的图线，不会发生弯曲，故选C.训练2、(2022广东选考模拟)某同学进行“探究加速度与物体受力的关系”的实验。将实验器材按图甲所示安装好。已知打点计时器的工作频率为50 Hz。请完成下列相关内容：(1)该同学在进行平衡摩擦力的操作时，将木板垫高后，在_(选填“挂”或“不挂”)小吊盘(含砝码)的情况下，轻推小车，让小车拖着纸带运动，得到了如图乙所示的纸带，则该同学平衡摩擦力时木板的倾角_(选填“过大”“过小”或“适中”)。(2)该同学按步骤(1)操作后，保

10、持小车质量不变，通过改变小吊盘中砝码的质量来改变小车受到的合外力，得到了多组数据。根据实验数据作出了如下aF图像，则符合该同学实验结果的是_。某次实验打出的纸带如图丙所示，其中每两个计数点之间有四个计时点未画出，则对应的小车加速度为_m/s2；打点计时器打E点时，对应的小车速度为_m/s(计算结果保留2位有效数字)。【答案】(1)不挂 过大 (2)B 1.6 0.99【解析】(1)在平衡摩擦力时，小车在运动方向上只受到摩擦力和重力的分力作用，所以不挂小吊盘(含砝码)。由题图乙可知纸带上点间距随小车的运动不断增大，说明小车做加速运动，即平衡摩擦力过度，则该同学平衡摩擦力时木板的倾角过大。(2)当

11、平衡摩擦力过度时，小车在F0时即具有加速度，故B图像符合该同学的实验结果。由题意可知相邻两计数点间的时间间隔为T50.02 s0.1 s根据逐差法可得小车的加速度为a1.6 m/s2打点计时器打E点时，对应的小车速度为D、F间的平均速度，即vE0.99 m/s。考点二、创新型实验例1、(2020北京高考)在“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”实验中，做如下探究：(1)为猜想加速度与质量的关系，可利用图1所示装置进行对比实验。两小车放在水平板上，前端通过钩码牵引，后端各系一条细线，用板擦把两条细线按在桌上，使小车静止。抬起板擦，小车同时运动，一段时间后按下板擦，小车同时停下。对比两小车的位移

12、，可知加速度与质量大致成反比。关于实验条件，下列正确的是：_(选填选项前的字母)。A小车质量相同，钩码质量不同B小车质量不同，钩码质量相同C小车质量不同，钩码质量不同(2)某同学为了定量验证(1)中得到的初步关系，设计实验并得到小车加速度a与质量M的7组实验数据，如下表所示。在图2所示的坐标纸上已经描好了6组数据点，请将余下的一组数据描在坐标纸上，并作出a 图像。次数1234567a/(ms2)0.620.560.480.400.320.240.15M/kg0.250.290.330.400.500.711.00(3)在探究加速度与力的关系实验之前，需要思考如何测“力”。请在图3中画出小车受力

13、的示意图。为了简化“力”的测量，下列说法正确的是：_(选填选项前的字母)。A使小车沿倾角合适的斜面运动，小车受力可等效为只受绳的拉力B若斜面倾角过大，小车所受合力将小于绳的拉力C无论小车运动的加速度多大，砂和桶的重力都等于绳的拉力D让小车的运动趋近于匀速运动，砂和桶的重力才近似等于绳的拉力【答案】(1)B(2)图见解析图甲 (3)图见解析图乙A【解析】(1)为猜想加速度与质量的关系，必须控制小车所受拉力相同，而让小车的质量不同，所以钩码质量相同，故B正确。(2)根据表中数据计算出的值，然后描点。作图时，应画一条平滑曲线，使曲线过尽量多的点，不能落在线上的点应大致均匀分布在线的两侧。a图像如图甲

14、所示。(3)小车受力示意图如图乙所示。例2、使小车沿倾角合适的斜面运动，此时小车所受重力沿斜面的分力大小刚好等于小车所受的摩擦力大小，则小车所受的合力可等效为只受绳的拉力，故A正确；若斜面倾角过大，则小车的重力沿斜面的分力大于摩擦力，小车所受合力将大于绳的拉力，故B错误；由牛顿第二定律可知，只要小车加速运动，砂和桶的重力就大于绳的拉力，故C错误；除让小车的运动趋近于匀速运动外，当小车的质量远大于砂和桶的质量时，砂和桶的重力也近似等于绳的拉力，故D错误。某物理课外小组利用图(a)中的装置探究物体加速度与其所受合外力之间的关系。图中，置于实验台上的长木板水平放置，其右端固定一轻滑轮：轻绳跨过滑轮，一端与放在木板上的小滑车相连，另一端可悬挂钩码。本实验中可用的钩码共有N=5个，每个质量均为0.010 kg。实验步骤如下：(1)将5个钩码全部放入小车中，在长木板左下方垫上适当厚度的小物块，使小车(和钩码)可以在木板上匀速下滑。(2)将n(依次取n=1,2,3,4,5)个钩码挂在轻绳右端，其余N-n个钩码仍留在小车内；用手按住小车并使轻绳与木板平行。释放小车，同时用传感器记录小车在时刻t相对于其起始位置的位移s，绘制s-t图像，经数据处理后可得到相应的加速度a。(3)对应于不同的n的a值见下表。