第三章++第6讲　实验+探究加速度与力、质量的关系++（课件）2027年高考物理一轮专题复习（人教版）

第6讲实验:探究加速度与力、质量的关系【学习目标】一、装置与器材小车、槽码、细绳、一端带有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、

、导线、纸带、天平、

、坐标纸。学生电源刻度尺二、实验步骤1.测质量:用天平测出

和

。2.安装:按装置图把实验器材安装好,先不要把

系在小车上。3.平衡摩擦力:在长木板没有滑轮的一端下面垫一木块,移动木块的位置,直至小车在不受牵引时能拖动纸带沿木板做

。小车的质量M槽码的质量m悬挂槽码的细绳匀速直线运动4.操作(1)槽码通过细绳绕过定滑轮系在小车上,先接通电源后放开小车,取下纸带并编号。(2)保持小车的质量M不变,改变

。(3)保持槽码的质量m不变,改变

。(4)重复进行多次实验。5.求加速度a:在每条纸带上选取一段比较理想的部分,求加速度a。槽码的质量m小车的质量M三、数据处理1.利用逐差法求

。加速度a过原点反比四、注意事项1.安装器材时,要调整滑轮的高度,使拴小车的细绳与木板平行。2.平衡摩擦力时,小车连着穿过打点计时器的纸带,但不要把悬挂槽码的细绳系在小车上。改变槽码的质量后,

重新平衡摩擦力。3.只有小车的质量

槽码的质量时,槽码受到的重力才可视为小车受到的拉力。4.开始时小车应尽量靠近打点计时器,并应先接通电源,再放开小车,在小车到达滑轮前按住小车。不需要远大于五、误差分析1.实验原理不完善:本实验用槽码的总重力代替小车的拉力,而实际上小车所受的拉力要

槽码的总重力。2.平衡阻力不准确、质量测量不准确、计数点间距离测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差。小于六、两小车运动比较实验如图所示,将两辆相同的小车放在水平木板上,前端各系一条细线,线的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘,盘中可以放不同的重物。把木板一端垫高,平衡阻力的影响。两辆小车后端各系一条细线,用一个物体,例如黑板擦,把两条细线同时按压在木板上。抬起黑板擦,两辆小车同时开始运动,按下黑板擦,两辆小车同时停下来。用刻度尺测出两辆小车移动的位移x1、x2。由于两辆小车运动时间t相同,从它们的位移之比就可以得出加速度之比。完成上述实验后,在盘中重物相同的情况下,通过增减小车中的重物改变小车的质量,再进行实验。考点一基础性实验[例1]

【实验原理与实验操作】

(2025·陕晋青宁卷,11)图甲为探究加速度与力、质量关系的部分实验装置。(1)实验中应将木板

(选填“保持水平”或“一端垫高”)。

一端垫高【解析】

(1)实验需平衡阻力,消除木板对小车阻力的影响,应将木板一端垫高,使小车在无拉力时能做匀速直线运动。(2)为探究加速度a与质量m的关系,某小组依据实验数据绘制的a-m图像如图乙所示,很难直观看出图线是否为双曲线。如果采用作图法判断a与m是否成反比关系,以下选项可以直观判断的有

。(多选,填字母)

ACm/kga/(m·s-2)0.250.6180.330.4820.400.4030.500.3171.000.152(3)为探究加速度与力的关系,在改变作用力时,甲同学将放置在实验桌上的槽码依次放在槽码盘上;乙同学将事先放置在小车上的槽码依次移到槽码盘上,在其他实验操作相同的情况下,

(选填“甲”或“乙”)同学的方法可以更好地减小误差。

乙[例2]

【实验数据的处理】

(2024·甘肃卷,11)用图1所示实验装置探究外力一定时加速度与质量的关系。(1)以下操作正确的是

。

A.使小车质量远小于槽码质量B.调整垫块位置以平衡阻力C.平衡阻力时移去打点计时器和纸带D.释放小车后立即打开打点计时器B【解析】

(1)为了使小车所受的合外力大小近似等于槽码的总重力,故应使小车质量远大于槽码质量,故A错误;为了保证小车所受细绳拉力等于小车所受合外力,则需要调整垫块位置以平衡阻力,也要保证细绳和长木板平行,故B正确;因为纸带运动时打点计时器对其也有阻力,所以平衡阻力时不能移去打点计时器和纸带,故C错误;根据操作要求,应先打开打点计时器再释放小车,故D错误。(2)保持槽码质量不变,改变小车上砝码的质量,得到一系列打点纸带。其中一条纸带的计数点如图2所示,相邻两点之间的距离分别为s1、s2、…、s8,时间间隔均为T。下列加速度算式中,最优的是

。

D由图3可知,在所受外力一定的条件下,a与M成

(选填“正比”或“反比”);甲组所用的

(选填“小车”“砝码”或“槽码”)质量比乙组的更大。

反比槽码考点二创新性实验

[例3]

【实验原理的创新】

(2025·重庆三模)小明利用手机内置加速度传感器探究加速度与合力的关系,实验装置如图甲所示,已知当地重力加速度为g。(1)轻弹簧上端固定,下端与手机相连,手机下端通过细绳悬挂小桶,桶内装有砝码,整个系统静止。(2)突然剪断细绳,通过手机软件记录竖直方向加速度a随时间变化的图像如图乙,剪断细绳瞬间手机的加速度对应图中的

(选填“P”“Q”或“R”)点。

P【解析】

(2)剪断细绳瞬间手机受到的合力向上且最大,则加速度向上且最大,可知应该对应题图乙中的P点。(3)改变小桶中砝码质量,重复步骤(2),获得多组手机所受合力F与加速度a的数据,作出a-F图像如图丙,可得出结论:在误差允许的范围内

。

质量一定时,手机加速度与所受合力成正比【解析】

(3)根据作出的a-F图像可得出结论:在误差允许的范围内,质量一定时,手机加速度与所受合力成正比。(4)如图丁,某同学在处理数据时,以手机竖直方向的加速度a为纵坐标,砝码质量m为横坐标,绘制a-m图像,获得一条斜率为k0,截距为a0的直线,则可推算出手机的质量为

,小桶的质量为

。(用k0、a0、g表示)

[例4]

【实验方法的创新】

(2025·安徽卷,11)某实验小组通过实验探究加速度与力、质量的关系。(1)利用图甲装置进行实验,要平衡小车受到的阻力。平衡阻力的方法是:调整轨道的倾斜度,使小车

。(选填正确答案标号)

ca.能在轨道上保持静止b.受牵引时,能拖动纸带沿轨道做匀速运动c.不受牵引时,能拖动纸带沿轨道做匀速运动【解析】

(1)平衡阻力的方法是调整轨道的倾斜度,使小车不受牵引时,能拖动纸带沿轨道做匀速运动。故c正确。(2)利用图乙装置进行实验,箱体的水平底板上安装有力传感器和加速度传感器,将物体置于力传感器上,箱体沿竖直方向运动。利用传感器测得物体受到的支持力FN和物体的加速度a,并将数据实时传送到计算机。①图丙是根据某次实验采集的数据生成的FN和a随时间t变化的散点图,以竖直向上为正方向。t=4s时,物体处于

(选填“超重”或“失重”)状态;以FN为横轴、a为纵轴,根据实验数据拟合得到的a-FN图像为图丁中的图线a。

失重【解析】

(2)①根据题图丙可知,t=4s时,加速度方向竖直向下,故处于失重状态。②若将物体质量增大一倍,重新进行实验,其a-FN图像为图丁中的图线

(选填“b”“c”或“d”)。

d[例5]

【实验器材的创新】

(2024·江西卷,11)某小组探究物体加速度与其所受合外力的关系。实验装置如图a所示,水平轨道上安装两个光电门,小车上固定一遮光片,细线一端与小车连接,另一端跨过定滑轮挂上钩码。(1)实验前调节轨道右端滑轮高度,使细线与轨道平行,再适当垫高轨道左端以平衡小车所受摩擦力。(2)小车的质量为M1=320g。利用光电门系统测出不同钩码质量m时小车加速度a。钩码所受重力记为F,作出a-F图像,如图b中图线甲所示。(3)由图线甲可知,F较小时,a与F成正比;F较大时,a与F不成正比。为了进一步探究,将小车的质量增加至M2=470g,重复步骤(2)的测量过程,作出a-F图像,如图b中图线乙所示。(4)与图线甲相比,图线乙的线性区间

(选填“较大”或“较小”),非线性区间

(选填“较大”或“较小”)。再将小车的质量增加至M3=720g,重复步骤(2)的测量过程,记录钩码所受重力F与小车加速度a,如表所示(表中第9～14组数据未列出)。

序号钩码所受重力F/(9.8N)小车加速度a/(m·s-2)10.0200.2620.0400.5530.0600.8240.0801.0850.1001.3660.1201.6770.1401.9580.1602.209～14…………150.3003.92较大较小【解析】

(4)由题图b分析可知,与图线甲相比,图线乙的线性区间较大,非线性区间较小。(5)请在图b中补充描出第6至8三个数据点,并补充完成图线丙。【答案及解析】(5)在坐标系中进行描点,结合其他点用平滑的曲线拟合,使尽可能多的点落在线上,不在线上的点均匀分布在线的两侧,如图所示。(6)根据以上实验结果猜想和推断:小车的质量

时,a与F成正比。结合所学知识对上述推断进行解释:

。

远大于钩码质量[例6]

【数据处理的创新】

(2025·河北模拟)一同学使用如图所示装置“验证加速度与力、质量的关系”。轻绳跨过定滑轮,两端系着质量接近的物体A、B,物体B的正下方固定一金属圆环C。C的正下方有一对光电门P1、P2,当B到达P1时计时器开始计时,B到达P2时计时器计时结束,测量P1和P2之间的距离为d。当地的重力加速度为g。(1)在A、B上增加配重,直到轻轻给B向下的速度,B可以匀速下降。测量此时A、B和配重的总质量为M。连同配重把B拉到距C一定高度处,测量该高度为h;在B上放置直径大于C环直径的圆片,测量圆片