2024届高考物理一轮复习重难点逐个击破22探究加速度与力、质量的关系(解析版)
29页1、专题22 探究加速度与力、质量的关系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)利用a求加速度(4)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、低压交流电源、导线、纸带、天平、刻度尺、坐标纸3实验步骤(1)用天平测量槽码的质量m和小车的质量m.(2)按照如图所示装置把实验器材安装好,只是不把悬挂槽码的细绳系在小车上(3)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
2、.注意事项(1)实验前首先补偿阻力:适当垫高木板不带定滑轮的一端,使小车的重力沿斜面方向的分力正好平衡小车和纸带受到的阻力。在补偿阻力时,不要把悬挂槽码的细绳系在小车上,让小车拉着穿过打点计时器的纸带匀速运动(纸带上打出的点迹均匀分布)(2)实验过程中不用重复补偿阻力(3)实验必须保证的条件:mm.(4)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:本实验用小盘和砝码的总重力mg代替小车的拉力,而实际上小车所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力。(2)补偿阻力不准确、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。1(2022河南河南高一期末)如图甲所示为“探究加速度与力、质量的关系”的实验小车装置(打点计时器等未画出)(1)本实验需要测量的物理量有三个,分别是_、_和小车运动的加速度。(2)“用阻力补偿法探究加速度与力、质量的关系”方案中,下列说法正确的有_。A把木板的一侧垫高,补偿小车受到的阻力时,应装上纸带,不挂钩码,使小车能够沿木板匀速运动B实验时应先
3、接通电源后释放小车C实验中所挂钩码的质量应远大于小车的质量D每次改变小车的质量时,都应重新调节木板的倾斜度(3)某同学在实验中,打出的一条纸带如图乙所示,他选择了几个计时点作为计数点,相邻两计数点间还有4个计时点没有画出,其中s1=1.48cm、s2=2.09cm、s3=2.71cm、s4=3.30cm,已知交流电的频率为50Hz,则打下D点时小车的速度大小为_m/s,小车在该运动过程中加速度的大小是_m/s2。(均保留两位有效数字)(4)本实验中认为小车受到的拉力等于钩码的重力,实际上是做了近似处理,在操作均正确的情况下,小车受到的拉力F的准确值的表达式是_。(已知钩码质量m1、小车质量m2,重力加速度为g)(5)某同学根据测量数据作出如图丙所示的aF图像,该同学做实验时存在的问题是_。【答案】 小车的质量 钧码的重力 AB#BA 0.30 0.61 F=m1m2gm1+m2 木板倾角过大或平衡摩擦力过度【解析】(1)本实验的实验目的是“探究加速度与力、质量的关系”,则需要测量小车的加速度、小车的质量和小车受到的合力,当平衡了摩擦力之后,如果钩码的质量远小于小车的质量,可以认为钩码的
4、重力近似等于小车的合力,则需测量钩码的重力代替小车的合力。(2)A把木板的一侧垫高,补偿小车受到的阻力时,应装上纸带,不挂钩码,使小车能够沿木板匀速运动,故A正确;B实验时应先接通电源后释放小车,故B正确;C实验中所挂钩码的质量应远小于小车的质量,故C错误;D平衡摩擦力时有mgsin=mgcos小车的质量可以消掉,故每次改变小车的质量时,不需要重新调节木板的倾斜度,故D错误。故选AB;(3)根据题意,由中间时刻的瞬时速度等于这段时间的平均速度可得,打下D点时小车的速度大小为vD=s3+s42T0.30ms根据题意,由逐差法x=aT2可得,小车在该运动过程中加速度的大小为a=s3+s4s1+s22T2=0.61ms2(4)根据题意,对小车,由牛顿第二定律有F=m2a对整体,由牛顿第二定律有m1g=m1+m2a联立可得F=m2m1gm1+m2(5)由图丙可知,当F=0时,a0,则该同学做实验时存在的问题是木板倾角过大或平衡摩擦力过度。2(2022北京北师大二附中高二期末)某物理兴趣小组的同学用图甲所示装置来“验证牛顿第二定律”。同学们在实验中,都将砂和小桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大
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