高考物理一輪復(fù)習(xí) 專題13 探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系（講）（ 含解析）1

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專題13 探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系（講） 1.從近幾年的高考考點(diǎn)分布知道，本章主要考查考生能否準(zhǔn)確理解牛頓運(yùn)動(dòng)定律的意義，能否熟練應(yīng)用牛頓第二定律、牛頓第三定律和受力分析解決運(yùn)動(dòng)和力的問(wèn)題；理解超重和失重現(xiàn)象，掌握牛頓第二定律的驗(yàn)證方法和原理． 2．高考命題中有關(guān)本章內(nèi)容的題型有選擇題、計(jì)算題．高考試題往往綜合牛頓運(yùn)動(dòng)定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律進(jìn)行考查，考題中注重與電場(chǎng)、磁場(chǎng)的滲透，并常常與生活、科技、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等實(shí)際問(wèn)題相聯(lián)系． 3．本章是中學(xué)物理的基本規(guī)律和核心知識(shí)，在整個(gè)物理學(xué)中占有非常重要的地位，仍將為高考命題的重點(diǎn)和熱點(diǎn)，考查和要求的程度往往層次較高. 1.學(xué)會(huì)用控制變量法研究物理規(guī)律. 2.學(xué)會(huì)靈活運(yùn)用圖象法處理物理問(wèn)題的方法. 3.探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系，并驗(yàn)證牛頓第二定律． 基本實(shí)驗(yàn)要求 1．實(shí)驗(yàn)原理(見(jiàn)實(shí)驗(yàn)原理圖) (1)保持質(zhì)量不變，探究加速度跟合外力的關(guān)系． (2)保持合外力不變，確定加速度與質(zhì)量的關(guān)系． (3)作出a－F圖象和a－圖象，確定其關(guān)系． 2．實(shí)驗(yàn)器材 小車(chē)、砝碼、小盤(pán)、細(xì)繩、附有定滑輪的長(zhǎng)木板、墊木、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、低壓交流電源、導(dǎo)線兩根、紙帶、天平、米尺． 3．實(shí)驗(yàn)步驟 (1)用天平測(cè)出小車(chē)和盛有砝碼的小盤(pán)的質(zhì)量m和m′，把數(shù)據(jù)記錄在表格中． (2)把實(shí)驗(yàn)器材安裝好，平衡摩擦力． (3)在小盤(pán)里放入適量的砝碼，把砝碼和小盤(pán)的質(zhì)量m′記錄在表格中． (4)保持小車(chē)的質(zhì)量不變，改變砝碼的質(zhì)量，按上面步驟再做5次實(shí)驗(yàn)． (5)算出每條紙帶對(duì)應(yīng)的加速度的值并記錄在表格中． (6)用縱坐標(biāo)表示加速度a，橫坐標(biāo)表示合外力，即砝碼和小盤(pán)的總重力m′g，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在坐標(biāo)平面上描出相應(yīng)的點(diǎn)，作圖線． (7)用縱坐標(biāo)表示加速度a，橫坐標(biāo)表示小車(chē)質(zhì)量的倒數(shù)，在坐標(biāo)系中根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描出相應(yīng)的點(diǎn)并作圖線． 規(guī)律方法總結(jié) 1．注意事項(xiàng) (1)平衡摩擦力：適當(dāng)墊高木板的右端，使小車(chē)的重力沿斜面方向的分力正好平衡小車(chē)受到的阻力．在平衡摩擦力時(shí)，不要把懸掛小盤(pán)的細(xì)繩系在小車(chē)上，讓小車(chē)?yán)螯c(diǎn)的紙帶勻速運(yùn)動(dòng)． (2)不重復(fù)平衡摩擦力． (3)實(shí)驗(yàn)條件：m?m′. (4)一先一后一按：改變拉力和小車(chē)質(zhì)量后，每次開(kāi)始時(shí)小車(chē)應(yīng)盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，并應(yīng)先接通電源，再釋放小車(chē)，且應(yīng)在小車(chē)到達(dá)滑輪前按住小車(chē)． 2．誤差分析 (1)因?qū)嶒?yàn)原理不完善引起的誤差：本實(shí)驗(yàn)用小盤(pán)和砝碼的總重力m′g代替小車(chē)的拉力，而實(shí)際上小車(chē)所受的拉力要小于小盤(pán)和砝碼的總重力． (2)摩擦力平衡不準(zhǔn)確、質(zhì)量測(cè)量不準(zhǔn)確、計(jì)數(shù)點(diǎn)間距測(cè)量不準(zhǔn)確、紙帶和細(xì)繩不嚴(yán)格與木板平行都會(huì)引起誤差． 3．?dāng)?shù)據(jù)處理 (1)利用Δx＝aT2及逐差法求a. (2)以a為縱坐標(biāo)，F(xiàn)為橫坐標(biāo)，根據(jù)各組數(shù)據(jù)描點(diǎn)，如果這些點(diǎn)在一條過(guò)原點(diǎn)的直線上，說(shuō)明a與F成正比． (3)以a為縱坐標(biāo)，為橫坐標(biāo)，描點(diǎn)、連線，如果該線過(guò)原點(diǎn)，就能判定a與m成反比. ★典型案例★為了探究加速度與力的關(guān)系，使用如圖所示的氣墊導(dǎo)軌裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．其中G1、G2為兩個(gè)光電門(mén)，當(dāng)滑塊通過(guò)G1、G2光電門(mén)時(shí)，光束被遮擋的時(shí)間t1、t2都可以被測(cè)量并記錄，滑塊連同上面固定的條形擋光片的總質(zhì)量為M，擋光片寬度為D，光電門(mén)間距離為x，牽引砝碼的質(zhì)量為m．實(shí)驗(yàn)開(kāi)始應(yīng)先調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌下面的螺釘，使氣墊導(dǎo)軌水平?；卮鹣铝袉?wèn)題：] （1）若取細(xì)繩牽引滑塊的拉力T=mg，測(cè)得滑塊質(zhì)量M＝0.2 kg，改變m的值，進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，以下m的取值不合適的一個(gè)是________________． A．m1＝5 g B．m2＝15 g C．m3＝20 g D．m4＝200 g （2）在此實(shí)驗(yàn)中，需要測(cè)得每一個(gè)牽引力對(duì)應(yīng)的加速度，其中求得的加速度的表達(dá)式為 a＝________________________（用t1、t2、D、x表示）． （3）以小車(chē)和牽引砝碼為研究對(duì)象，小車(chē)質(zhì)量M一定，改變牽引砝碼的質(zhì)量m，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描繪的小車(chē)加速度a與牽引砝碼的質(zhì)量m之間的實(shí)驗(yàn)關(guān)系圖象。能正確反映-關(guān)系的圖是________________。 【答案】（1） D　（2）（3）C 【名師點(diǎn)睛】解決本題的關(guān)鍵理解實(shí)驗(yàn)的原理，知道當(dāng)m的質(zhì)量遠(yuǎn)小于M的質(zhì)量，m的重力可以認(rèn)為等于M所受的合力，計(jì)算加速度時(shí)利用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求解．以及推導(dǎo)出與關(guān)系式，進(jìn)而選擇圖象，難度適中。 ★針對(duì)練習(xí)1★某同學(xué)用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證牛頓第二定律，請(qǐng)回答下列有關(guān)此實(shí)驗(yàn)的問(wèn)題： （1）該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備了圖中所示的實(shí)驗(yàn)裝置及下列輔助器材： A．交流電源、導(dǎo)線B．天平(含配套砝碼)C．秒表 ]D．刻度尺E．細(xì)線、砂和小砂桶 其中不必要的器材是(填代號(hào))。 （2）打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在小車(chē)拖動(dòng)的紙帶上打下一系列點(diǎn)跡，以此記錄小車(chē)的運(yùn)動(dòng)情況。其中一部分紙帶上的點(diǎn)跡情況如圖甲所示，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的時(shí)間間隔T=0.02s，測(cè)得A點(diǎn)到B、C點(diǎn)的距離分別為x1=5.99cm、x2=13.59cm，則在打下點(diǎn)跡B時(shí)，小車(chē)運(yùn)動(dòng)的速度vB=m/s；小車(chē)做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的加速度a=m/s2。（結(jié)果保留三位有效數(shù)字） （3）在驗(yàn)證“質(zhì)量一定，加速度a與合外力F的關(guān)系”時(shí)，某學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出了如圖乙所示的a-F圖象，其中圖線不過(guò)原點(diǎn)的原因是，圖線在末端彎曲的原因是。 【答案】(1) C； （2）0.680 ，1.61 ；] （3）平衡摩擦力過(guò)度；砂和小砂桶的總質(zhì)量m不遠(yuǎn)小于小車(chē)和砝碼的總質(zhì)量M. 【名師點(diǎn)睛】解決實(shí)驗(yàn)問(wèn)題首先要掌握該實(shí)驗(yàn)原理，了解實(shí)驗(yàn)的操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項(xiàng)，然后結(jié)合物理規(guī)律去解決實(shí)驗(yàn)問(wèn)題，會(huì)通過(guò)紙帶求解瞬時(shí)速度和加速度． ★針對(duì)練習(xí)2★為了探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系，甲、乙、丙三位同學(xué)分別設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置，小車(chē)總質(zhì)量用M表示（乙圖中M包括小車(chē)與傳感器，丙圖中M包括小車(chē)和與小車(chē)固連的滑輪），鉤碼總質(zhì)量用m表示。 （1）下圖是用圖甲裝置中打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打的紙帶的一部分,O、A、B、C、D和E為紙帶上六個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),加速度大小用a表示. 則OD間的距離為_(kāi)_______cm. 圖是根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出的s—t2圖線(s為各計(jì)數(shù)點(diǎn)至同一起點(diǎn)的距離)，則加速度大小a=_______m/s2(保留三位有效數(shù)字) （2）若乙、丙兩位同學(xué)發(fā)現(xiàn)某次測(cè)量中力傳感器和測(cè)力計(jì)讀數(shù)相同，通過(guò)計(jì)算得到小車(chē)加速度均為a， g為當(dāng)?shù)刂亓铀俣?，則乙、丙兩人實(shí)驗(yàn)時(shí)所用小車(chē)總質(zhì)量之比為。 【答案】(1)1.20 ；0.933 （2）1:2 【名師點(diǎn)睛】此題是探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)，是課本實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)實(shí)驗(yàn)；解答此題的關(guān)鍵是掌握牛頓第二定律的應(yīng)用，注意力傳感器的作用，及理解測(cè)力計(jì)的讀數(shù)與小車(chē)的合力的關(guān)系。