2022年高三物理復(fù)習(xí) 第3章 實驗 探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系學(xué)案

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1、2022年高三物理復(fù)習(xí) 第3章 實驗 探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系學(xué)案 實驗?zāi)康? 1．學(xué)會用控制變量法研究物理規(guī)律． 2．探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系． 3．掌握靈活運(yùn)用圖象處理問題的方法． 實驗原理 探究加速度a與力F、質(zhì)量M的關(guān)系時，應(yīng)用的基本方法是__________，即先控制一個參量——小車的質(zhì)量M不變，討論加速度a與力F的關(guān)系；再控制小盤和砝碼的質(zhì)量不變，即力F不變，改變小車質(zhì)量M，討論加速度a與質(zhì)量M的關(guān)系． 實驗器材 打點計時器、復(fù)寫紙片和紙帶、一端有定滑輪的長木板、小車、小盤、______電源、______、砝碼、________、導(dǎo)線． 實驗

2、步驟 一、測質(zhì)量 1．用天平測出小車和砝碼的總質(zhì)量M，小盤和砝碼的總質(zhì)量m，把測量結(jié)果記錄下來． 二、儀器安裝及平衡摩擦力 2．按圖1把實驗器材安裝好，只是不把懸掛小盤的細(xì)繩系在車上，即不給小車加牽引力． 圖1 3．平衡摩擦力：在長木板不帶定滑輪的一端下面墊一塊木板．反復(fù)移動木板的位置，直至小車拖著紙帶在斜面上運(yùn)動時可以保持__________運(yùn)動狀態(tài)．這時，小車受到的摩擦阻力恰好與小車所受的重力__________的分力平衡． 三、保持小車的質(zhì)量不變，研究a與F的關(guān)系 4．把細(xì)繩系在小車上并繞過定滑輪懸掛小盤，先__________再____________，打點計時器在

3、紙帶上打下一系列的點，打完點后切斷電源，取下紙帶，在紙帶上標(biāo)上紙帶號碼． 5．保持小車和砝碼的質(zhì)量不變，在小盤里放入適量的砝碼，把小盤和砝碼的總質(zhì)量m′記錄下來，重復(fù)步驟4.在小盤內(nèi)再放入適量砝碼，記錄下小盤和砝碼的總質(zhì)量m″，再重復(fù)步驟4，重復(fù)三次，得到三條紙帶． 6．在每條紙帶上都選取一段比較理想的部分，標(biāo)明計數(shù)點，測量計數(shù)點間的距離，算出每條紙帶上的加速度的值，并記錄在表格(一)內(nèi)． 表(一) 實驗次數(shù) 加速度a/(m·s－2) 小車受力F/N 1 2 3 4 四、保持小盤和砝碼的質(zhì)量不變，研究a與M的關(guān)系 7．保持小盤內(nèi)的砝碼個數(shù)

4、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打出紙帶．計算砝碼和小車的總質(zhì)量M，并由紙帶計算出小車對應(yīng)的加速度． 改變小車上砝碼的個數(shù)，重復(fù)步驟7，并將所對應(yīng)的質(zhì)量和加速度填入表(二)中． 表(二) 實驗次數(shù) 加速度a/(m·s－2) 小車和砝碼的 總質(zhì)量M/kg 1 2 3 數(shù)據(jù)處理 1．需要計算各種情況下所對應(yīng)的小車加速度，可使用“研究勻變速直線運(yùn)動”的方法：先在紙帶上標(biāo)明計數(shù)點，測量各計數(shù)點間的距離，根據(jù)公式a＝計算加速度． 圖2 2．(1)根據(jù)表(一)，用縱坐標(biāo)表示加速度a，橫坐標(biāo)表示作用力F，作用力的大小F等于小盤和砝

5、碼的總重力，根據(jù)實驗結(jié)果在坐標(biāo)平面上描出相應(yīng)的點，如果這些點是在一條過原點的直線上，便證明了加速度a與作用力F成正比．如圖2所示． (2)根據(jù)表(二)．用縱坐標(biāo)表示加速度a，橫坐標(biāo)表示小車和砝碼的質(zhì)量M，根據(jù)實驗結(jié)果在坐標(biāo)平面上描出相應(yīng)的點，發(fā)現(xiàn)這些點落在一條類似反比函數(shù)的曲線上．我們猜想，a與M可能成反比．為了檢驗猜想的正確性，再用縱坐標(biāo)表示加速度a，橫坐標(biāo)表示小車和砝碼總質(zhì)量的倒數(shù)，根據(jù)實驗結(jié)果在坐標(biāo)平面上描出相應(yīng)的點．如果這些點落在一條過原點的直線上，就證明了加速度與質(zhì)量成反比．(如圖3所示) 圖3 注意事項 1．一定要做好平衡摩擦力的工作，也就是調(diào)出一個合適的斜面，使小車的

6、重力沿著斜面方向的分力正好平衡小車受到的摩擦阻力．在平衡摩擦力時，不要把懸掛小盤的細(xì)線系在小車上，即不要給小車加任何牽引力，并要讓小車拖著打點的紙帶運(yùn)動． 2．實驗步驟2、3不需要重復(fù)，即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． 3．每條紙帶必須在滿足小車與車上所加砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)大于小盤和砝碼的總質(zhì)量的條件下打出．只有如此，小盤和 砝碼的總重力才可視為小車受到的拉力． 4．改變拉力和小車質(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，再放開小車，且應(yīng)在小車到達(dá)滑輪前按住小車． 誤差分析 1．質(zhì)量的測量誤

7、差，紙帶上打點計時器打點間隔距離的測量誤差，拉線或紙帶不與木板平行等都會造成誤差． 2．因?qū)嶒炘聿煌晟圃斐烧`差：本實驗中用小盤和砝碼的總重力代替小車受到的拉力(實際上小車受到的拉力要小于小盤和砝碼的總重力)，存在系統(tǒng)誤差．小盤和砝碼的總質(zhì)量越接近小車的質(zhì)量，誤差就越大；反之，小盤和砝碼的總質(zhì)量越小于小車的質(zhì)量，誤差就越小． 3．平衡摩擦力不準(zhǔn)確造成誤差：在平衡摩擦力時，除了不掛小盤外，其他的都跟正式實驗一樣(比如要掛好紙帶、接通打點計時器)，勻速運(yùn)動的標(biāo)志是打點計時器打出的紙帶上各點的距離相等． 題型一　對實驗原理的理解 【例1】 如 圖4 圖4所示的實驗裝置可以探究加速

8、度與力、質(zhì)量的關(guān)系，小車上固定一個盒子，盒子內(nèi)盛有沙子．沙桶的總質(zhì)量(包括桶以及桶內(nèi)沙子質(zhì)量)記為m，小車的總質(zhì)量(包括車、盒子及盒內(nèi)沙子質(zhì)量)記為M. (1)驗證在質(zhì)量不變的情況下，加速度與合外力成正比；從盒子中取出一些沙子，裝入沙桶中，稱量并記錄沙桶的總重力mg，將該力視為合外力F，對應(yīng)的加速度a則從打下的紙帶中計算得出．多次改變合外力F的大小，每次都會得到一個相應(yīng)的加速度．本次實驗中，桶內(nèi)的沙子取自小車中，故系統(tǒng)的總質(zhì)量不變．以合外力F為橫軸，以加速度a為縱軸，畫出a—F圖象，圖象是一條過原點的直線． ①a—F圖象斜率的物理意義是___________________________

9、___________． ②你認(rèn)為把沙桶的總重力mg當(dāng)作合外力F是否合理？ 答：________.(填“合理”或“不合理”) ③本次實驗中，是否應(yīng)該滿足M?m這樣的條件？ 答：________(填“是”或“否”)；理由是_____________________________________． (2)驗證在合外力不變的情況下，加速度與質(zhì)量成反比；保持桶內(nèi)沙子質(zhì)量m不變，在盒子內(nèi)添加或去掉一些沙子，驗證加速度與質(zhì)量的關(guān)系．本次實驗中，桶內(nèi)的沙子總質(zhì)量不變，故系統(tǒng)所受的合外力不變． 用圖象法處理數(shù)據(jù)時，以加速度a為縱軸，應(yīng)該以____________的倒數(shù)為橫軸． 題型二　實驗數(shù)據(jù)

10、的處理 【例2】 某學(xué)習(xí)小組的同學(xué)在用打點計時器探究物體的加速度與物體的質(zhì)量之間的關(guān)系實驗中，不改變拉力，只改變物體的質(zhì)量，得到了如下表所示的幾組數(shù)據(jù)，其中第3組數(shù)據(jù)還未算出加速度，但對應(yīng)該組已打出了紙帶，如圖5所示(長度單位：cm)，圖中各點為每5個打點選出的計數(shù)點(兩計數(shù)點間還有4個打點未標(biāo)出)． 圖5 實驗次數(shù) 1 2 3 4 5 6 小車質(zhì)量(g 200 300 400 500 600 700 小車加速度 (m/s2) 2.00 1.33 0.79 0.67 0.40 小車質(zhì)量的 倒數(shù)(kg－1) 5.00 3.33 2.

11、50 2.00 1.67 1.00 (1)請由紙帶上的數(shù)據(jù)，計算出缺少的加速度值并填入表中(小數(shù)點后保留兩位小數(shù))． (2)請在圖6中建立合適的坐標(biāo)，將表中各組數(shù)據(jù)用小黑點描在坐標(biāo)紙上，并作出平滑的圖線． 圖6 (3)由圖象得出的結(jié)論是：_______________________________ ________________________________________________________________________. 1．在利用打點計時器和小車來做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗時，下列說法中正確的是(　　) A．平衡摩擦力時，應(yīng)

12、將砝碼盤及盤內(nèi)砝碼通過定滑輪系在小車上 B．連接砝碼盤和小車的細(xì)繩應(yīng)跟長木板保持平行 C．平衡摩擦力后，長木板的位置不能移動 D．小車釋放前應(yīng)靠近打點計時器，且應(yīng)先接電源再釋放小車 2．(xx·三明模擬)用如圖7甲所示的裝置做“驗證牛頓第二定律”實驗時，甲同學(xué)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出的小車的加速度a和小車所受拉力F的圖象為圖中的直線Ⅰ，乙同學(xué)畫出的a－F圖象為下圖中的直線Ⅱ.直線Ⅰ、Ⅱ在縱軸或橫軸上的截距較大，明顯超出了誤差范圍，下面給出了關(guān)于形成這種情況的四種解釋，其中可能正確的是(　　) 圖7 A．實驗前甲同學(xué)沒有平衡摩擦力 B．甲同學(xué)在平衡摩擦力時，把長木板的末端抬得過高了

13、C．實驗前乙同學(xué)沒有平衡摩擦力 D．乙同學(xué)在平衡摩擦力時，把長木板的末端抬得過高了 3．(xx·江蘇高考)“探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系”的實驗裝置如圖8甲所示． 圖8 (1)在平衡小車與桌面之間摩擦力的過程中，打出了一條紙帶如圖乙所示．計時器打點的時間間隔為0.02 s，從比較清晰的點起，每5個點取一個計數(shù)點，量出相鄰計數(shù)點之間的距離．該小車的加速度a＝________ m/s2.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) (2)平衡摩擦力后，將5個相同的砝碼都放在小車上．掛上砝碼盤，然后每次從小車上取一個砝碼添加到砝碼盤中，測量小車的加速度．小車的加速度a與砝碼盤中砝碼總重力F的實

14、驗數(shù)據(jù)如下表： 砝碼盤中砝碼 總重力F(N) 0.196 0.392 0.588 0.784 0.980 加速度 a(m·s－2) 0.69 1.18 1.66 2.18 2.70 請根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出a－F的關(guān)系圖象．(如圖9所示) 圖9 (3)根據(jù)提供的實驗數(shù)據(jù)作出的a－F的圖線不通過原點．請說明主要原因． 4．(xx·天星調(diào)研卷)如圖10所示為某同學(xué)探究加速度與力和質(zhì)量關(guān)系的實驗裝置，兩個相同質(zhì)量的小車放在光滑水平板上，前端各系一條細(xì)繩，繩的一端跨過定滑輪各掛一個小盤，盤中可放砝碼．兩小車后端各系一條細(xì)繩，一起被夾子夾著使

15、小車靜止．打開夾子，兩小車同時開始運(yùn)動；關(guān)上夾子，兩小車同時停下來，用刻度尺測出兩小車的位移，下表是該同學(xué)在幾次實驗中記錄的數(shù)據(jù)． 圖10 實驗 次數(shù) 車號 小車質(zhì) 量(g) 小盤質(zhì) 量(g) 車中砝碼 質(zhì)量(g) 盤中砝碼 質(zhì)量(g) 小車位 移(cm) 1 甲 50 10 0 0 15 乙 50 10 0 10 30 2 甲 50 10 0 10 27.5 乙 50 10 50 10 14 3 甲 50 10 0 0 18 乙 50 10 10 10 請回答下述問題： (1

16、)在每一次實驗中，甲、乙兩車的位移之比等于______之比，請簡要說明實驗原理 ________________________________________________________________________； (2)第一次實驗是控制了____________不變的，在實驗誤差范圍內(nèi)可得出結(jié)論是： ________________________________________________________________________； (3)第二次實驗是控制了____________不變的，在實驗誤差范圍內(nèi)可得出結(jié)論是： ___________________

17、_____________________________________________________； (4)第三次實驗時，該同學(xué)先測量了甲車的位移，再根據(jù)前兩次實驗結(jié)論，計算出乙車應(yīng)該發(fā)生的位移，然后再測量了乙車的位移，結(jié)果他高興地發(fā)現(xiàn)，理論的預(yù)言與實際符合得相當(dāng)好．請問，他計算出的乙車位移應(yīng)該是________________． 5．(xx·成都模擬)某實驗小組利用如圖11所示的實驗裝置來探究當(dāng)合外力一定時，物體運(yùn)動的加速度與其質(zhì)量之間的關(guān)系． 圖11 (1)由圖中刻度尺讀出兩個光電門中心之間的距離x＝24 cm，由圖12中游標(biāo)卡尺測得遮光條的寬度d＝________ c

18、m.該實驗小組在做實驗時，將滑塊從圖11所示位置由靜止釋放，由數(shù)字計時器可以讀出遮光條通過光電門1的時間Δt1，遮光條通過光電門2的時間Δt2，則滑塊經(jīng)過光電門1時的瞬時速度的表達(dá)式v1＝____________，滑塊經(jīng)過光電門2時的瞬時速度的表達(dá)式v2＝________，則滑塊的加速度的表達(dá)式a＝________.(以上表達(dá)式均用字母表示) 圖12 (2)在本次實驗中，實驗小組通過改變滑塊質(zhì)量總共做了6組實驗，得到如表所示的實驗數(shù)據(jù)．通過分析表中數(shù)據(jù)后，你得出的結(jié)論是___________________________________. m(g) a(m/s2) 250 2

19、.02 300 1.65 350 1.33 400 1.25 500 1.00 800 0.63 (3)現(xiàn)需通過圖象進(jìn)一步驗證你的結(jié)論，請利用表格數(shù)據(jù)，在圖13坐標(biāo)系中描點作出相應(yīng)圖象． 圖13 6．(xx·吉林二模)為了探究加速度與力的關(guān)系，使用如圖14所示的氣墊導(dǎo)軌裝置進(jìn)行實驗．其中G1、G2為兩個光電門，它們與數(shù)字計時器相連，當(dāng)滑行器通過G1、G2光電門時，光束被遮擋的時間Δt1、Δt2都可以被測量并記錄．滑行器連同上面固定的一條形擋光片的總質(zhì)量為M，擋光片寬度為D，光電門間距離為x，牽引砝碼的質(zhì)量為m.回答下列問題： 圖14 (1)實驗開始應(yīng)先

20、調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌下面的螺釘，使氣墊導(dǎo)軌水平，在不增加其他儀器的情況下，如何判定調(diào)節(jié)是否到位？ (2)若取M＝0.4 kg，改變m的值，進(jìn)行多次實驗，以下m的取值不合適的一個是________． A．m1＝5 g B．m2＝15 g C．m3＝40 g D．m4＝400 g (3)在此實驗中，需要測得每一個牽引力對應(yīng)的加速度，其中求得的加速度的表達(dá)式為：________________(用Δt1、Δt2、D、x表示)． 實驗學(xué)案15

21、　探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系 【基礎(chǔ)自主落實】 實驗原理 控制變量法 實驗器材 交流　天平　刻度尺 實驗步驟 二、3.勻速直線　在斜面方向上 三、4.接通電源　放開小車 【熱點題型精析】 例1 (1)①　②合理?、鄯瘛∫驗閷嶒灥难芯繉ο笫钦麄€系統(tǒng)，系統(tǒng)受到的合外力就等于mg　(2)M＋m 解析　(1)將車內(nèi)的沙子轉(zhuǎn)移到桶中，就保證了M＋m不變，即系統(tǒng)的總質(zhì)量不變，研究對象是整個系統(tǒng)，a＝＝，可見a—F圖象斜率的物理意義是，系統(tǒng)的合外力就等于所懸掛沙桶的重力mg，不必滿足M?m這樣的條件． (2)向小車內(nèi)添加或去掉部分沙子，是改變系統(tǒng)的總質(zhì)量M＋m，而系統(tǒng)的合外

22、力仍等于所懸掛沙桶的重力mg，保證了合外力不變． 例2 (1)0.99　(2)見解析圖　(3)在拉力一定時，物體的加速度與質(zhì)量成反比(與質(zhì)量的倒數(shù)成正比) 解析　(1)a的計算利用逐差法 a＝ ＝ ＝ ＝×10－2 m/s2 ＝0.99 m/s2 (2)描點繪圖，如圖所示． (3)由圖象知a－圖象是一條直線，即在拉力一定時，物體的加速度與質(zhì)量成反比． 【課時效果檢測】 1．BCD　[本題考查實驗過程中應(yīng)注意的事項，選項A中平衡摩擦力時，不能將砝碼盤及盤內(nèi)砝碼(或小桶)通過細(xì)繩系在小車上，A錯；選項B、C、D符合正確的操作方法．] 2．BC 3．(1)0.16　(2

23、)見解析　(3)忘記加入砝碼盤的重力 解析　(1)由題意可知計數(shù)間隔T＝5T0＝0.1 s. 由Δx＝aT2和Δx＝0.16 cm＝1.6×10－3 m可得 a＝0.16 m/s2. (2)a－F圖線如圖所示． (3)平衡小車與桌面之間的摩擦力，a－F圖象仍不通過原點，可能是在計算F時忘記加入砝碼盤的重力，使作出的圖象向左平移造成的． 4．(1)加速度　x1∶x2＝a1∶a2　(2)小車質(zhì)量 小車加速度與合外力成正比　(3)小車所受合外力　小車加速度與質(zhì)量成反比　(4)30 cm 解析　(1)甲、乙兩車的位移之比等于加速度之比，由于兩車運(yùn)動時間相同，由x＝at2得x1∶x2

24、＝a1∶a2； (2)第一次實驗中控制小車質(zhì)量相同，小車加速度與合外力成正比； (3)第二次小車所受合外力不變，小車加速度與質(zhì)量成反比； (4)＝＝，x甲∶x乙＝a甲∶a乙＝3∶5，得x乙＝30 cm. 5．(1)0.52　　　 (2)、(3)見解析 解析　(1)由圖可知d＝5 mm＋0.1 mm×2＝5.2 mm＝0.52 cm. 遮光條的寬度很小，遮光條通過光電門的時間很短，這段時間內(nèi)的平均速度即為滑塊通過光電門的瞬時速度，故v1＝，v2＝.滑塊由光電門1到光電門2做勻加速直線運(yùn)動，由v－v＝2ax可得 a＝. (2)在合外力不變的情況下，物體運(yùn)動的加速度跟物體的質(zhì)量成反比，當(dāng)合外力一定時，在誤差允許的范圍內(nèi)，物體質(zhì)量和加速度的乘積近似相等． (3)如圖所示 6．(1)取下牽引砝碼，M放在任意位置都能靜止；或取下牽引砝碼，輕推滑行器M，數(shù)字計時器記錄每一個光電門的光束被擋的時間Δt都相等 (2)D　(3)a＝ 解析　(2)本實驗的目的是“探究加速度與力的關(guān)系”，若將砝碼的重力(mg)看做是滑行器(M)的合外力，前提條件是m?M，故選項D不合適． (3)由v－v＝2ax可得．