人教版2024年高考一轮复习物理《第15讲 探究加速度与物体受力、物体质量的关系》复习讲义.doc

第15讲 探究加速度与物体受力、物体质量的关系目录复习目标网络构建 考点一 教材原型实验【夯基·必备基础知识梳理】知识点 实验目的、器材、原理、步骤、注意事项、误差分析【提升·必考题型归纳】考向1 实验原理与操作考向2 数据处理与误差分析考点二 创新实验方案【夯基·必备基础知识梳理】 知识点 实验方案的改进 【提升·必考题型归纳】考向1 实验原理的改进考向2 实验器材的创新考向3 实验思路的创新考向4 实验目的的创新 真题感悟1、 掌握实验的原理，通过采集的数据利用图像，探究加速度与物体受力、物体质量的关系，并会做出必要的误差分析2、能够在原型实验基础上，通过对实验的改进或者创新，做出同类探究考点要求考题统计考情分析探究加速度与物体受力、物体质量的关系2023年上海卷2022年6月浙江卷第17题2022年山东卷第13题各地高考对探究加速度与物体受力、物体质量的关系这个实验的考查频度较高，考查多以原型实验为基础，借助创新方案或者传感器等方式对该问题做一研究考查。

考点一 教材原型实验知识点　实验目的、器材、原理、步骤、注意事项、误差分析1.实验目的：探究加速度与力、质量的关系2.实验器材：打点计时器、纸带、复写纸、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平、刻度尺、砝码3.实验思路：(1)控制变量法的应用：将小车置于水平木板上,通过滑轮与小盘和砝码相连,小车可以在小盘和砝码的牵引下运动①保持小车质量不变,研究加速度与力的关系②保持小车所受的拉力不变,研究加速度与质量的关系2）物理量的测量①用天平测量质量:为了改变小车的质量,可以在小车中增减砝码的数量②将打点计时器的纸带连在小车上,根据纸带上打出的点来测量加速度③现实中,仅受一个力作用的物体几乎不存在然而,一个单独的力的作用效果与跟它大小、方向都相同的合力的作用效果是相同的因此,实验中作用力F的含义可以是物体所受的合力用阻力补偿法确定小车受到的合力——小盘和砝码的牵引力4.进行实验①称量质量——用天平测量小盘和小车的质量②安装器材——按如图所示装置安装器材(暂时不把悬挂小盘的细绳系在小车上)③阻力补偿法平衡摩擦及其他阻力——在长木板不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块,反复移动薄木块的位置,直至小车能拉着纸带匀速下滑。

此时，不要把悬挂砝码盘的细绳系在小车(木块)上，即不要给小车(木块)加任何牵引力，要让小车(木块)拖着纸带运动④测量加速度1)保持小车的质量不变,打出一条纸带计算小盘和砝码的重力,由纸带计算出小车的加速度,并填入表中改变小盘内砝码的个数,并多做几次实验2)保持小盘内的砝码个数不变,在小车上放上砝码改变小车的质量,让小车在木板上滑动打出纸带计算砝码和小车的总质量,并由纸带计算出小车对应的加速度,填入表中改变小车上砝码的个数,多做几次实验5.数据分析①利用Δx=aT2及逐差法求a②以a为纵坐标,F为横坐标,根据各组数据描点,如果这些点在一条过原点的直线上,说明a与F成正比③以a为纵坐标,为横坐标,描点、连线,如果该线为过原点的直线,就能判定a与m成反比6.误差分析①实验原理不完善:本实验用小盘和砝码的总重力代替小车的拉力,而实际上小车所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力当小车质量M远大于砝码质量m时，砝码的总重力mg才可视为小车(木块)受到的拉力②摩擦力平衡不准确、质量测量不准确、计数点间距测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差a­F图线将不是一条过原点的直线，而是一条与F轴有交点的倾斜直线。

考向1 实验原理与操作1．某研究性学习小组的同学用图（a）实验装置进行实验  （1）已知交流电源的频率为50Hz，某次实验得到的纸带如图（b），图中相邻两计数点之间还有4个点未画出，由该纸带可求得小车的加速度______保留两位有效数字）  （2）在小车已平衡摩擦力且小车质量远大于钩码质量的前提下，改变小车上砝码的质量m，得到图（c）所示的函数图像，设直线的斜率为k，纵轴截距为b，若牛顿第二定律成立，则小车受到的拉力大小为______，小车的质量M为______结果用k、b表示）  【答案】 0.90 【详解】（1）[1]由于图中相邻两计数点之间还有4个点未画出，则相邻计数点之间的时间间隔为则加速度为（2）[2][3]令钩码的质量为，由于小车已平衡摩擦力且小车质量远大于钩码质量，则有则有结合图像有；解得；考向2 数据处理与误差分析2．用如图一所示的实验装置做“探究加速度与力、质量的关系”实验：  （1）下面列出了一些实验器材：电磁打点计时器、纸带、带滑轮的长木板、垫块、小车和砝码、砂和砂桶除以上器材外，还需要的实验器材有______A．天平        B．秒表        C．刻度尺（最小刻度为1mm）    D．低压交流电源（2）此实验中需要满足一些条件，下列正确的做法是______A．小车放在长木板上，反复调节长木板的倾斜程度，直至轻推小车使其在不受绳的拉力下沿木板做匀速运动B．小车放在长木板上，后面固定一条纸带，纸带穿过打点计时器。

反复调节长木板的倾斜程度，直至轻推小车使其在不受绳的拉力下沿木板做匀速运动C．实验中，不需要满足砂和砂桶的总质量m与小车和车上砝码的总质量M之间的条件D．实验中，为了保证砂和砂桶所受的重力近似等于使小车做匀加速运动的拉力，砂和砂桶的总质量m与小车和车上砝码的总质量M之间应满足的条件是（3）下图为某次实验得到的纸带，交流电的频率为50Hz，在相邻两计数点间都有四个打点未画出，用刻度尺测得：，，，，，    打下“3”点时小车的瞬时速度大小______m/s②小车的加速度大小a＝______计算结果均保留2位有效数字）（4）另一小组在研究“小车质量一定时，加速度与力的关系”实验时，用改变砂的质量的办法来改变对小车的作用力F，然后根据测得的数据作出a－F图像，如图三所示发现图像既不过原点，末端又发生了弯曲，可能的原因是______  A．没有补偿摩擦阻力，且小车质量较大B．补偿摩擦阻力时，木板的倾斜角度过大，且砂和砂桶的质量较大C．补偿摩擦阻力时，木板的倾斜角度过小，且砂和砂桶的质量较大D．补偿摩擦阻力时，木板的倾斜角度过小，且小车质量较大【答案】 ACD BD 0.16 0.40 C【详解】（1）[1]A．实验中，将砂和砂桶所受的重力近似等于使小车做匀加速运动的拉力，因此需要测量砂、砂桶和小车的质量，需要用到天平，A正确；B．打点计时器自身就是一种计时仪器，实验中不需要用到秒表，B错误；C．实验中需要测量质带上点迹之间的间距，实验中需要用到刻度尺，C正确；D．电磁打点计时器正常工作需要低压交流电源，D正确。

故选ACD2）[2]AB．平衡摩擦力时，将小车放在长木板上，后面固定一条纸带，纸带穿过打点计时器反复调节长木板的倾斜程度，直至轻推小车使其在不受绳的拉力下沿木板做匀速运动，此时纸带上的点迹均匀分布，A错误，B正确；CD．对砂和砂桶分析有对小车分析有则有可知，当时，才有即实验中，为了保证砂和砂桶所受的重力近似等于使小车做匀加速运动的拉力，砂和砂桶的总质量m与小车和车上砝码的总质量M之间应满足的条件是，C错误，D正确故选BD3）[3]由于相邻两计数点间都有四个打点未画出，则相邻计数点之间的时间间隔为则打下“3”点时小车的瞬时速度大小[4]根据逐差法可求得加速度为（4）[5]图像与横轴正方向相交，说明开始砂和砂桶质量较小，不为零时，即细线中有一定拉力时，小车没有运动，加速度为零，表明没有平衡摩擦力，或者平衡摩擦力时，木板的倾角过小根据上述可知当时，才有此时实验图像与理论图像几乎重合，为一条直线，当砂和砂桶质量较大时，已经不满足，此时实验图像与理论图像有较大偏差，实验图像发生弯曲，即图中图像既不过原点，末端又发生了弯曲，原因是补偿摩擦阻力时，木板的倾斜角度过小，且砂和砂桶的质量较大考点二 创新实验方案知识点　实验方案的改进1. 实验装置的改进弹簧测力计测量小车所受的拉力，钩码的质量不需要远小于小车质量，更无需测钩码的质量。

2. 数据测量的改进（1）气垫导轨代替长木板，无须平衡摩擦力2）力传感器测量滑块所受的拉力，钩码的质量不需要远小于滑块质量，更无须测钩码的质量3）用光电门代替打点计时器，遮光条结合光电门测得滑块的末速度，由刻度尺读出遮光条中心初始位置与光电门之间的距离，由运动学公式求出加速度考向1 实验原理的改进1．学习了力学知识后，小王同学组装了图甲所示的装置，想利用它来测量一些物理量他做了如下的实验操作：  Ⅰ．将矿泉水瓶P和物块Q，分别与跨过滑轮的轻绳连接，滑轮通过竖直弹簧测力计悬挂，已知滑轮的质量为M；Ⅱ．将纸带上端粘在Q的下面，下端穿过打点计时器（图中未画出），往P中装适量水，接通电源，释放P后，P向下运动，读出测力计的示数F，打出点迹清晰的纸带如图乙所示；  Ⅲ．逐渐往P中加适量水，重复实验（P始终向下运动，Q始终未跟滑轮相碰），获得多组实验数据1）在图乙所示的纸带上，相邻两个计数点间还有四个点未画出，已知打点计时器的频率为50Hz，则Q的加速度大小为___________结果保留两位有效数字）（2）根据实验数据，作出Q的加速度a随测力计示数F变化的图像如图丙所示，若图线的斜率为k，图线在F轴上的截距为b，不计轻绳与滑轮间的摩擦，则Q的质量为____________________，当地的重力加速度为_______________。

以上两空均用字母k、b、M表示）  【答案】 1.0 【详解】（1）[1]根据题意可知相邻两个计数点间的时间间隔T＝0.1s，而匀变速直线运动在连续相等时间间隔内的位移差相等，则根据逐差相等公式取位移和位移，此为连续时间内通过的位移，则可得Q的加速度大小为（2）[2][3]根据牛顿第二定律，对Q有T－mg＝ma对滑轮，由平衡条件F＝2T＋Mg整理得所以，解得Q的质量为重力加速度为考向2 实验器材的创新2．某兴趣小组设计了一个可同时测量物体质量和当地重力加速度的实验，其装置如图甲所示，已知滑块的质量为，待测物体的质量记为，当地的重力加速度为，请完成下列填空：   （1）闭合气泵开关，调节气垫导轨，轻推滑块，使滑块上的遮光条依次通过两光电门的时间相等，则导轨水平；（2）将待测物体固定在滑块的凹槽内，并将细线的一端拴接在滑块上，另一端跨过定滑轮挂一个质量为的钩码；（3）调节定滑轮使细线与气垫导轨的轨道平行；（4）释放滑块，记录滑块上的遮光条通过光电门1、2的时间分别为、，读出两光电门之间的距离；用游标卡尺测出遮光条的宽度，示数如图乙所示，则______，并由此计算出滑块的加速度______（用含、、和的式子表示）；（5）依次添加钩码，重复步骤（4）几次，记录相关实验数据并计算出滑块相应的加速度；（6）以加速度的倒数为横轴，钩码总质量的倒数为纵轴，建立直角坐标系，利用以上数据画出如图丙所示的图像，若该直线的斜率为，纵截距为，则___。