（江蘇專版）2022年高考物理總復(fù)習(xí) 第12講 實(shí)驗(yàn)三 加速度與物體質(zhì)量 物體受力的關(guān)系講義

（江蘇專版）2022年高考物理總復(fù)習(xí) 第12講 實(shí)驗(yàn)三 加速度與物體質(zhì)量 物體受力的關(guān)系講義考情剖析考查內(nèi)容考綱要求考查年份考查詳情能力要求實(shí)驗(yàn)、探究：加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系16年T11實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證機(jī)械能守恒理解、應(yīng)用數(shù)學(xué)處理物理問題17年T10實(shí)驗(yàn)，用探究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系裝置，探究恒力做功與動(dòng)能變化的關(guān)系實(shí)驗(yàn)探究弱項(xiàng)清單,實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)方法的遷移實(shí)驗(yàn)儲(chǔ)備一、實(shí)驗(yàn)原理1保持質(zhì)量不變，探究加速度與_的關(guān)系2保持合外力不變，探究加速度與_的關(guān)系3作出a­F圖象和a­圖象，確定其關(guān)系4實(shí)驗(yàn)裝置圖5要測量的物理量小車與小車上砝碼的總質(zhì)量M天平小車受的拉力F用天平測出小盤和砝碼的質(zhì)量m，F(xiàn)mg算出小車的加速度a通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶測算出二、實(shí)驗(yàn)器材打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶及復(fù)寫紙、小車、一端附有定滑輪的長木板、小盤和砝碼、細(xì)繩、低壓交流電源、天平(帶有一套砝碼)、刻度尺三、實(shí)驗(yàn)步驟1用天平測出小車和小盤(包括其中砝碼)的質(zhì)量分別為M0、m0，并把數(shù)值記錄下來2將實(shí)驗(yàn)器材安裝好(小車上不系繩)3把木板無滑輪的一端下面墊一薄木板，平衡摩擦力4將重物通過細(xì)繩系在小車上，接通電源放開小車，用紙帶記錄小車的運(yùn)動(dòng)情況；取下紙帶并在紙帶上標(biāo)上號(hào)碼及此時(shí)所掛重物的重力m0g.5保持小車的質(zhì)量不變，改變小盤(包括其中砝碼)的質(zhì)量，重復(fù)步驟4多做幾次實(shí)驗(yàn)，每次小車從同一位置釋放，并記錄好相應(yīng)紙帶重物的重力m1g、m2g表1M不變，加速度a與受力的關(guān)系實(shí)驗(yàn)次數(shù)n小車受力F/N加速度a/(m·s2)1236.保持小車所受的合外力不變，在小車上加砝碼，并測出小車和放上砝碼后的總質(zhì)量M1，接通電源放開小車，用紙帶記錄小車的運(yùn)動(dòng)情況，取下紙帶并在紙帶上標(biāo)上號(hào)碼7繼續(xù)在小車上加放砝碼，重復(fù)步驟6，多做幾次實(shí)驗(yàn)，在每次得到的紙帶上標(biāo)上號(hào)碼表2F不變，加速度與質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)次數(shù)n小車質(zhì)量M/kg加速度a/(m·s2)1238.利用以上兩表中的數(shù)據(jù)，分別在坐標(biāo)系中作出M不變時(shí)，a­F圖象和F不變時(shí)，a­M圖象四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法圖象法、化曲為直的方法1探究加速度與力的關(guān)系以加速度a為縱坐標(biāo)，以F為橫坐標(biāo)，根據(jù)測量的數(shù)據(jù)描點(diǎn)，然后作出圖象，看圖象是否是通過原點(diǎn)的直線，就能判斷a與F是否成正比2探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系以a為縱坐標(biāo)、m為橫坐標(biāo)，根據(jù)各組數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中描點(diǎn)，將會(huì)得到如圖甲所示的一條曲線由圖線只能看出m增大時(shí)a減小，但a與m具體是什么關(guān)系，不能得出若以a為縱坐標(biāo)，為橫坐標(biāo)，將會(huì)得到如圖乙所示的一條過原點(diǎn)的傾斜直線，據(jù)此可判斷a與m成反比甲乙3方法總結(jié)利用圖象處理數(shù)據(jù)是物理實(shí)驗(yàn)中常用的重要方法在實(shí)驗(yàn)中如果發(fā)現(xiàn)一個(gè)變量x與另一個(gè)變量y成反比，那么，x就應(yīng)與成正比因?yàn)樵谔幚頂?shù)據(jù)時(shí)，判斷正比例函數(shù)圖象比判斷一條曲線是否為反比例函數(shù)圖象要簡單和直觀得多，所以可以將反比例函數(shù)的曲線轉(zhuǎn)化為正比例函數(shù)的直線進(jìn)行處理五、分析、歸納、探究結(jié)論1你在圖(a)中畫出的a­F圖象是通過原點(diǎn)的直線嗎？說明a與F成什么關(guān)系？(a) (b) (c)2你在圖(b)中畫出的a­M圖象是直線嗎？你能從(b)圖中得出a與質(zhì)量M的定量關(guān)系嗎？3你在圖(c)中畫出的a­圖象是過原點(diǎn)的直線嗎？你能由圖象得出a與M的關(guān)系嗎？4在誤差允許的范圍內(nèi)得出的結(jié)論是：當(dāng)M不變時(shí)，a與F成正比關(guān)系；當(dāng)F不變時(shí)，a與M成反比關(guān)系六、實(shí)驗(yàn)誤差來源與分析1因?qū)嶒?yàn)原理不完善引起的誤差本實(shí)驗(yàn)用小盤和砝碼的總重力mg代替小車的拉力，而實(shí)際小車所受的拉力要_小盤和砝碼的總重力小盤和砝碼的總質(zhì)量越接近小車和砝碼的總質(zhì)量，誤差越大2摩擦力平衡不準(zhǔn)；質(zhì)量測量不準(zhǔn)；記數(shù)點(diǎn)間距測量不準(zhǔn)；紙帶拉線不嚴(yán)格與木板平行七、注意事項(xiàng)1平衡摩擦力時(shí)不要掛重物，整個(gè)實(shí)驗(yàn)平衡了摩擦力后，不管以后是改變盤和砝碼的質(zhì)量還是改變小車及砝碼的質(zhì)量，都不需要重新平衡摩擦力2實(shí)驗(yàn)中必須滿足小車和砝碼的質(zhì)量遠(yuǎn)大于小盤和砝碼的總質(zhì)量只有如此，砝碼和小盤的總重力才可視為與小車受到的拉力相等3各紙帶上的加速度a，都應(yīng)是該紙帶上的平均加速度4作圖象時(shí)，要使盡可能多的點(diǎn)在所作直線上，不在直線上的點(diǎn)應(yīng)盡可能對(duì)稱分布在所作直線的兩側(cè)離直線較遠(yuǎn)的點(diǎn)是錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，可舍去不予考慮5小車應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器且先接通電源再釋放紙帶技能優(yōu)化【典型例題1】如圖甲所示是某同學(xué)設(shè)計(jì)的“探究加速度a與力F、質(zhì)量m的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置圖，實(shí)驗(yàn)中認(rèn)為細(xì)繩對(duì)小車?yán)等于砂和砂桶總重力，小車運(yùn)動(dòng)加速度a可由紙帶求得甲(1)該同學(xué)對(duì)于該實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)，下列說法中正確的是() A該實(shí)驗(yàn)應(yīng)用了等效替代的思想方法 B該實(shí)驗(yàn)應(yīng)用了控制變量的思想方法 C實(shí)驗(yàn)時(shí)必須先接通電源后釋放小車 D實(shí)驗(yàn)中認(rèn)為細(xì)繩對(duì)小車?yán)等于砂和砂桶總重力，其前提必須保證砂和砂桶總質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于小車的質(zhì)量(2)如圖乙所示是該同學(xué)在某次實(shí)驗(yàn)中利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的一條紙帶，A、B、C、D、E、F是該同學(xué)在紙帶上選取的六個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，其中計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有若干個(gè)點(diǎn)未標(biāo)出，設(shè)相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T.該同學(xué)用刻度尺測出AC間的距離為s1，BD間的距離為s2，則打B點(diǎn)時(shí)小車運(yùn)動(dòng)的速度vB_，小車運(yùn)動(dòng)的加速度a_乙(3)某實(shí)驗(yàn)小組在實(shí)驗(yàn)時(shí)保持砂和砂桶質(zhì)量不變，改變小車質(zhì)量m，分別得到小車加速度a與質(zhì)量m及對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)如表中所示根據(jù)表中數(shù)據(jù)，在圖丙坐標(biāo)紙中作出F不變時(shí)a與的圖象.次數(shù)123456小車加速度a/m·s21.721.491.251.000.750.50小車質(zhì)量m/kg0.290.330.400.500.711.00小車質(zhì)量的倒數(shù)/kg13.503.002.502.001.401.00丙【典型例題2】某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖所示的裝置來探究加速度與力的關(guān)系彈簧測力計(jì)固定在一合適的木板上，桌面的右邊緣固定一支表面光滑的鉛筆以代替定滑輪，細(xì)繩的兩端分別與彈簧測力計(jì)的掛鉤和礦泉水瓶連接，在桌面上畫出兩條平行線MN、PQ，并測出間距d.開始時(shí)將木板置于MN處，現(xiàn)緩慢向瓶中加水，直到木板剛剛開始運(yùn)動(dòng)為止，記下彈簧測力計(jì)的示數(shù)F0，以此表示滑動(dòng)摩擦力的大小再將木板放回原處并按住，繼續(xù)向瓶中加水后，記下彈簧測力計(jì)的示數(shù)F1，然后釋放木板，并用停表記下木板運(yùn)動(dòng)到PQ處的時(shí)間t.(1)木板的加速度可以用d、t表示為a_；為了減小測量加速度的偶然誤差可以采用的方法是(一種即可)_(2)改變瓶中水的質(zhì)量重復(fù)實(shí)驗(yàn)，確定加速度a與彈簧測力計(jì)示數(shù)F1的關(guān)系下列圖象能表示該同學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的是_ ABCD(3)用加水的方法改變拉力的大小與掛鉤碼的方法相同，它的優(yōu)點(diǎn)是_ A可以改變滑動(dòng)摩擦力的大小 B可以更方便地獲取多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) C可以比較精確地測出摩擦力的大小 D可以獲得更大的加速度以提高實(shí)驗(yàn)精度【典型例題3】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)上的長木板水平放置，其右端固定一輕滑輪；輕繩跨過滑輪，一端與放在木板上的小滑車相連，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：(a)(1)將5個(gè)鉤碼全部放入小車中，在長木板左下方墊上適當(dāng)厚度的小物塊，使小車(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)鉤碼仍留在小車內(nèi)；用手按住小車并使輕繩與木板平行釋放小車，同時(shí)用傳感器記錄小車在時(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值見下表n2時(shí)的s­t圖象如圖(b)所示；由圖(b)求出此時(shí)小車的加速度(保留2位有效數(shù)字)，將結(jié)果填入下表.n12345a/(m·s2)0.200.580.781.00(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(b)(c)(5)利用a­n圖象求得小車(空載)的質(zhì)量為_kg(保留2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”來代替步驟(1)，下列說法正確的是_(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，但該直線不過原點(diǎn) Ca­n圖線仍是直線，但該直線的斜率變大當(dāng)堂檢測1.某實(shí)驗(yàn)小組利用圖甲所示的裝置探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系甲(1)下列做法正確的是_(填字母代號(hào)) A調(diào)節(jié)滑輪的高度，使?fàn)恳緣K的細(xì)繩與長木板保持平行 B在調(diào)節(jié)木板傾斜度平衡木塊受到的滑動(dòng)摩擦力時(shí)，將裝有砝碼的砝碼桶通過定滑輪拴在木塊上 C實(shí)驗(yàn)時(shí)，先放開木塊再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源 D通過增減木塊上的砝碼改變質(zhì)量時(shí)，不需要重新調(diào)節(jié)木板傾斜度(2)為使砝碼桶及桶內(nèi)砝碼的總重力在數(shù)值上近似等于木塊運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的拉力，應(yīng)滿足的條件是砝碼桶及桶內(nèi)砝碼的總質(zhì)量_木塊和木塊上砝碼的總質(zhì)量(選填“遠(yuǎn)大于”“遠(yuǎn)小于”或“近似等于”)(3)甲、乙兩同學(xué)在同一實(shí)驗(yàn)室，各取一套圖甲所示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(guān)系，分別得到圖乙中甲、乙兩條直線設(shè)甲、乙用的木塊質(zhì)量分別為m甲、m乙，甲、乙用的木塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)分別為甲、乙，由圖可知，m甲_m乙，甲_乙(選填“大于”、“小于”或“等于”)乙第1題圖2用如圖甲所示裝置做“探究物體的加速度跟力的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)時(shí)保持小車的質(zhì)量不變，用鉤碼所受的重力作為小車受到的合力，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和小車后端拖動(dòng)的紙帶測出小車運(yùn)動(dòng)的加速度(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)先不掛鉤碼，反復(fù)調(diào)整墊塊的左右位置，直到小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)，這樣做的目的是_(2)圖乙為實(shí)驗(yàn)中打出的一條紙帶的一部分，從比較清晰的點(diǎn)跡起，在紙帶上標(biāo)出了連續(xù)的5個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)A、B、C、D、E，相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間都有4個(gè)點(diǎn)跡沒有標(biāo)出，測出各計(jì)數(shù)點(diǎn)到A點(diǎn)之間的距離，如圖所示已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在頻率為50 Hz的交流電源兩端，則此次實(shí)驗(yàn)中小車運(yùn)動(dòng)的加速度的測量值a_m/s2.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(3)實(shí)驗(yàn)時(shí)改變所掛鉤碼的質(zhì)量，分別測量小車在不同外力作用下的加速度根據(jù)測得的多組數(shù)據(jù)畫出a­F關(guān)系圖象，如圖丙所示此圖象的AB段明顯偏離直線，造成此現(xiàn)象的主要原因可能是_(選填下列選項(xiàng)的序號(hào))第2題圖 A小車與平面軌道之間存在摩擦 B平面軌道傾斜角度過大 C所掛鉤碼的總質(zhì)量過大 D所用小車的質(zhì)量過大第12講實(shí)驗(yàn)三：加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系實(shí)驗(yàn)儲(chǔ)備一、1.合外力2.質(zhì)量六、1.小于技能優(yōu)化·典型例題1·(1)BC(2)(3)見解析【解析】(1)該實(shí)驗(yàn)用的是控制變量法，故A錯(cuò)，B對(duì)；先開通電源才能確定起始點(diǎn)，故C對(duì)；若認(rèn)為拉力F為小桶和沙的重量，則要求小桶和沙的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于小車，D錯(cuò)；故選BC；(2)由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式可知：vB，由a得出a；(3)由Fma可推出aF×，所以當(dāng)F不變時(shí)，a與成正比例函數(shù)，如圖所示·典型例題2·(1)保持F1不變，重復(fù)實(shí)驗(yàn)多次測量，求平均值(2)C(3)BC【解析】(1)由dat2可得a.減小偶然誤差的主要方法是多次測量，求平均值(2)由題意可知，F(xiàn)1是水瓶的重力，設(shè)繩中拉力為FT，對(duì)木板，a，在M板m水時(shí)FTF1，a，排除A、B選項(xiàng)；逐漸增加水的質(zhì)量，將不再滿足FTF1，而是FTF1，將導(dǎo)致小車加速度實(shí)際值較理論值偏小，故選項(xiàng)C正確(3)改變質(zhì)量且可以連續(xù)改變·典型例題3·(3)0.39(4)見解析(5)0.44(6)BC【解析】(3)根據(jù)題圖(b)可知，當(dāng)t2.00 s時(shí)，位移s0.78 m，由sat2，得加速度a0.39 m/s2.(4)描點(diǎn)及圖象如圖所示(5)根據(jù)牛頓第二定律可得nmg(M5m)a，則an，圖線斜率k，可得M0.44 kg；(6)若不平衡摩擦力，則有nmgM(5n)mg(M5m)a，則an，所以a­n圖線仍是直線，但直線不過原點(diǎn)，斜率變大，故B、C正確當(dāng)堂檢測1(1)AD(2)遠(yuǎn)小于(3)小于大于【解析】(1)在探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中，平衡摩擦力時(shí)木板不通過定滑輪掛砝碼桶，而要掛紙帶，并且改變質(zhì)量時(shí)不需要重新平衡摩擦力；在實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先接通電源再放開木塊，故選項(xiàng)A、D均正確，B、C均錯(cuò)誤(2)選木塊(M)、砝碼桶及桶內(nèi)的砝碼(m)為研究對(duì)象，則mg(Mm)a選砝碼桶及桶內(nèi)的砝碼為研究對(duì)象則mgFTma聯(lián)立得：FTmg要使FTmg 需要接近于0即Mm.(3)對(duì)木塊由牛頓第二定律得：Fmgma即aFg.由上式與題圖結(jié)合可知：，甲g乙g.即：m甲m乙，甲乙2. (1)平衡小車運(yùn)動(dòng)中所受的摩擦阻力(2)1.0(3)C【解析】(1)使平面軌道的右端墊起，讓小車重力沿斜面方向的分力與它受到的摩擦阻力平衡，才能認(rèn)為在實(shí)驗(yàn)中小車所受的合外力等于鉤碼的重力，所以這樣做的目的是平衡小車運(yùn)動(dòng)中所受的摩擦阻力(2)由逐差法可知a m/s21.0 m/s2.(3)在實(shí)驗(yàn)中認(rèn)為細(xì)繩的張力F等于鉤碼的重力mg實(shí)際上，細(xì)繩張力FMa，mgFma即F·mg，a·mgF所以當(dāng)細(xì)繩的張力F變大時(shí)，m必定變大，必定減小當(dāng)Mm時(shí)，a­F圖像為直線，當(dāng)不滿足Mm時(shí)，便有a­F圖像的斜率逐漸變小偏離直線，選項(xiàng)C正確