2027届新高考物理热点精准复习+探究加速度与物体受力、物体质量的关系

2027届新高考物理热点精准复习探究加速度与物体受力、物体质量的关系基础

自主落实课前

自检自测·回归教材

一、实验目的1.学会用控制变量法研究物理量的关系。2.探究加速度与力、质量的关系。3.掌握利用图像处理数据的方法。二、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。三、实验操作(1)要平衡阻力(2)须满足槽码质量远小于小车质量满足以上两个条件后,认为槽码的重力大小等于小车的合力大小1.测质量:用天平测出小车的质量M和槽码的质量m。2.安装:按装置图把实验器材安装好,先不要把悬挂槽码的细绳系在小车上(即不给小车牵引力)。3.平衡阻力:在长木板没有滑轮的一端下面垫一木块,反复移动木块的位置,直至小车在不受牵引时能拖动纸带沿木板做匀速直线运动。4.打纸带(1)悬挂槽码并打纸带:在细绳一端挂上槽码,另一端系在小车前端。先开启打点计时器,再释放小车,在纸带上打出一系列点,取下纸带编上号码。(2)改变小车受力:保持小车的质量(M)不变,通过增加悬挂的槽码(m)的数量改变小车受力,多次重复步骤(1)。(3)改变小车质量:保持悬挂的槽码(m)的数量(小车所受的拉力)不变,通过增加或减少小车上的槽码(m)的方式,改变小车的总质量,多次重复步骤(1)。

五、误差分析1.实验原理不完善:本实验用小盘和砝码所受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所受的总重力。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。易错辨析(1)平衡阻力时不能在细绳的另一端挂小盘和砝码。(

)(2)平衡阻力时应让小车连上纸带,且让打点计时器处于工作状态。(

)(3)平衡阻力时可根据纸带上的点迹是否均匀来判断小车是否做匀速运动。(

)(4)只有小盘和砝码的质量比小车的质量小得多时,线上的拉力才视为等于小盘和砝码所受的重力。(

)(5)每次放砝码于小车上改变小车质量时都需重新平衡阻力。(

)√√√√×考点一教材原型实验能力探究突破课中

课堂互动·考教衔接角度一实验原理和实验操作实验注意事项1.平行:牵引小车的细绳要与长木板平行。2.平衡阻力(1)操作:①不系挂槽码;②反复调节长木板的倾角,使纸带上打出的点迹均匀。(2)目的:用重力沿斜面向下的分力平衡阻力,使绳的拉力等于槽码的重力。(3)注意点:改变槽码的个数或小车的质量时,不需重新平衡阻力。3.质量条件:小车的质量远大于槽码的质量,这是槽码的重力视为小车合力的前提条件之一。4.靠近与先后: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。5.作图:两坐标轴单位长度的比例要适当,要使尽可能多的点落在所作直线上,不在直线上的点应尽可能均匀地分布在所作直线两侧。例1(2024浙江卷)如图所示是“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置。(1)该实验中同时研究三个物理量间关系是很困难的,因此我们采用的研究方法是

。

A.放大法B.控制变量法C.补偿法(2)该实验过程中操作正确的是

。

A.平衡阻力时小车未连接纸带B.先接通打点计时器电源,后释放小车C.调节滑轮高度使细绳与水平桌面平行BB(3)在小车质量

(选填“远大于”或“远小于”)槽码质量时,可以认为细绳拉力近似等于槽码所受的重力。上述做法引起的误差为

(选填“偶然误差”或“系统误差”)。为减小此误差,下列可行的方案是

。

A.用气垫导轨代替普通导轨,滑块代替小车B.在小车上加装遮光条,用光电计时系统代替打点计时器C.在小车与细绳之间加装力传感器,测出小车所受拉力大小远大于系统误差C

A解析

(1)该实验中同时研究三个物理量间关系是很困难的,因此我们可以控制其中一个物理量不变,研究另外两个物理量之间的关系,即采用了控制变量法。故选B。(2)平衡阻力时小车需要连接纸带,一方面是需要连同纸带所受的阻力一并平衡,另外一方面是通过纸带上的点间距判断小车是否在长木板上做匀速直线运动,故A错误;由于小车速度较快,且运动距离有限,打出的纸带长度也有限,为了能在长度有限的纸带上尽可能多地获取间距适当的数据点,实验时应先接通打点计时器电源,后释放小车,故B正确;为使小车所受拉力与速度同向,应调节滑轮高度使细绳与长木板平行,故C错误。

角度二数据处理和误差分析1.平衡阻力不准确引起的系统误差(1)当没有平衡阻力或平衡阻力不足时,会出现图甲①、图乙②所示的情况;(2)当木板倾角过大时,即平衡阻力过度时,会出现图甲③、图乙④所示的情况。

例2(2026北京平谷模拟)某物理兴趣小组用如图甲所示的装置探究加速度与力、质量的关系。(1)实验中打出的纸带如图乙所示,相邻计数点间的时间间隔为0.1s,纸带上只测出了两组数据,图中长度单位为cm,由此可以算出小车运动的加速度大小a=

m/s2(保留2位有效数字)。

2.0(2)实验得到的理想a-F图像应是一条过原点的直线,但由于应用了F=mg(m为槽码的总质量,g为重力加速度),常出现如图丙中图线①的情况,其产生的原因是不满足槽码的总质量远

(选填“小于”或“大于”)小车的质量的条件;拉力F越大,a-F图线明显弯曲,若不断增加槽码的总质量,a-F图像中各点连成的曲线将不断延伸,那么加速度a的趋向值为

(用题中出现的物理量符号表示)。

小于g(3)由于实验误差影响,a-F图像还会出现图丙中图线②③的情况,图线②产生的原因是平衡阻力时长木板的倾角过

(选填“小”或“大”);图线③产生的原因是平衡阻力时长木板的倾角过

(选填“小”或“大”)。

大小

考点二实验的改进与创新常见创新实验方案1.改进装置:气垫导轨

长木板。2.改进测合力方法:拉力传感器、弹簧测力计“近似等于小盘和砝码的总重力”,不需要钩码的质量远小于小车质量,更无须测钩码的质量。3.改进测加速度方法:光电门、传感器(位移、速度、加速度等)打点计时器。4.实验方案的改进:系统总质量不变化,改变拉力得到若干组数据。5.改变探究目的:以本实验为背景,结合牛顿第二定律,测量两接触面间的动摩擦因数、物体的质量等。6.改变数据处理方式:图像法处理数据时,用钩码的质量m代替合力F,即用a-m图像代替a-F图像。角度一实验器材的创新例3

某物理兴趣小组设计如下实验验证牛顿第二定律。(1)将手机固定在滑块上,弹簧测力计的一端固定,另一端用水平细线与滑块相连,用外力F将置于水平桌面上的长木板向左水平拉出,弹簧测力计示数稳定后如图甲所示,则滑块受到的滑动摩擦力大小Ff=

N。

4.0(2)如图乙所示,在长木板右侧固定一轻滑轮:轻绳跨过滑轮,一端与滑块相连,另一端悬挂钩码,调节滑轮使细线水平。打开手机测量加速度的App,静止释放钩码,测得手机与滑块在木板上运动的加速度为a。若测得钩码的质量为m,手机和滑块的总质量为M,当地的重力加速度大小为g。在误差允许范围内,如果表达式a=

(用m、M、Ff、g表示)成立,则牛顿第二定律得到验证。

(3)某兴趣小组在研究手机相机功能时看到了一个概念——帧率:相机在一秒钟内能够连续拍摄或显示的图像数量。帧率通常以“fps”为单位表示。他们还发现手机可以按照30fps和60fps来拍摄或播放视频。他们将手机相机调节到30fps的模式,对图乙中滑块的运动进行拍摄,并以60fps的模式播放,那么视频中滑块的加速度将是真实值的

倍。

4

角度二数据获取与处理方法的创新例4(2025山东卷)某小组采用如图所示的装置验证牛顿第二定律,部分实验步骤如下:(1)将两光电门安装在长直轨道上,选择宽度为d的遮光片固定在小车上,调整轨道倾角,用跨过定滑轮的细线将小车与托盘及砝码相连。选用d=

(选填“5.00”或“1.00”)cm的遮光片,可以较准确地测量遮光片运动到光电门时小车的瞬时速度。

(2)将小车自轨道右端由静止释放,从数字毫秒计分别读取遮光片经过光电门1、光电门2时的速度v1=0.40m/s、v2=0.81m/s,以及从遮光片开始遮住光电门1到开始遮住光电门2的时间t=1.00s,计算小车的加速度a=