《（浙江選考）2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第3章 牛頓運(yùn)動(dòng)定律 實(shí)驗(yàn)3 探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系學(xué)案》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《（浙江選考）2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第3章 牛頓運(yùn)動(dòng)定律 實(shí)驗(yàn)3 探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系學(xué)案（9頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、實(shí)驗(yàn)3　探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系 注意事項(xiàng) 1.實(shí)驗(yàn)方法：控制變量法。 2.平衡摩擦力：在平衡摩擦力時(shí)，不要懸掛小盤，但小車應(yīng)連著紙帶且接通電源。用手給小車一個(gè)初速度，如果在紙帶上打出的點(diǎn)的間隔是均勻的，表明小車受到的阻力跟它的重力沿斜面向下的分力平衡。 3.不重復(fù)平衡摩擦力：平衡了摩擦力后，不管以后是改變小盤和砝碼的總質(zhì)量還是改變小車和砝碼的總質(zhì)量，都不需要重新平衡摩擦力。 4.實(shí)驗(yàn)條件：M?m。只有如此，小盤和砝碼的總重力才可視為小車受到的拉力。 5.一先一后一按?。焊淖兝托≤囐|(zhì)量后，每次開始時(shí)小車應(yīng)盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，并應(yīng)先接通電源，后放開小車，且應(yīng)在小車到達(dá)

2、滑輪前按住小車。 6.作圖：作圖時(shí)兩軸標(biāo)度比例要適當(dāng)，各量須采用國際單位，這樣作圖線時(shí)，坐標(biāo)點(diǎn)間距不至于過密，誤差會(huì)小些。 誤差分析 1.因?qū)嶒?yàn)原理不完善引起的誤差：本實(shí)驗(yàn)用小盤和砝碼的總重力mg代替小車的拉力，而實(shí)際上小車所受的拉力要小于小盤和砝碼的總重力。 2.摩擦力平衡不準(zhǔn)確、質(zhì)量測量不準(zhǔn)確、計(jì)數(shù)點(diǎn)間距測量不準(zhǔn)確、紙帶和細(xì)繩不嚴(yán)格與木板平行都會(huì)引起誤差。 熱點(diǎn)一　教材原型實(shí)驗(yàn) 【例1】　(2017·11月浙江選考)在做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中， (1)下列儀器需要用到的是________(多選)。 (2)下列說法正確的是________(多選)。

3、A.先釋放紙帶再接通電源 B.拉小車的細(xì)線應(yīng)盡可能與長木板平行 C.紙帶與小車相連端的點(diǎn)跡較疏 D.輕推小車，拖著紙帶的小車能夠勻速下滑說明摩擦力已被平衡 (3)如圖1所示是實(shí)驗(yàn)時(shí)打出的一條紙帶，A、B、C、D…為每隔4個(gè)點(diǎn)取的計(jì)數(shù)點(diǎn)，據(jù)此紙帶可知小車在D點(diǎn)的速度大小為________ m/s(小數(shù)點(diǎn)后保留兩位)。 圖1 解析　(1)本實(shí)驗(yàn)通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶分布求物體的加速度，需要通過改變小車質(zhì)量，用控制變量法研究加速度、質(zhì)量、合外力之間的關(guān)系，所以選擇儀器A、D。 (2)實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先接通電源，待打點(diǎn)計(jì)時(shí)器正常工作后，再釋放小車，A錯(cuò)誤；為了保證繩子拉力沿木板方向，所以繩

4、子要與木板平行，所以B正確；小車釋放前應(yīng)盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，以保證點(diǎn)足夠多，便于分析小車加速度，開始運(yùn)動(dòng)時(shí)小車速度較慢，點(diǎn)間距較小，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；連紙帶的小車勻速下滑時(shí)表示小車所受合外力為零，說明摩擦力已被平衡，選項(xiàng)D正確。 (3)根據(jù)vD＝＝ m/s＝0.21 m/s。 答案　(1)AD　(2)BD　(3)0.21 熱點(diǎn)二　實(shí)驗(yàn)拓展創(chuàng)新 1.實(shí)驗(yàn)器材的改進(jìn) (1)氣墊導(dǎo)軌(不用平衡摩擦力)長木板(如圖2) 圖2 (2)利用光電門測速度(如圖3) 圖3 (3)利用位移傳感器測位移(如圖4) 圖4 2.數(shù)據(jù)測量的改進(jìn) 3.實(shí)驗(yàn)的拓展延伸 以“探究加速度與力

5、、質(zhì)量的關(guān)系”為背景測量物塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)。 【例2】　在用DIS研究小車加速度與外力的關(guān)系時(shí)，某實(shí)驗(yàn)小組先用如圖5a所示的實(shí)驗(yàn)裝置，重物通過滑輪用細(xì)線拉小車，在小車和重物之間接一個(gè)不計(jì)質(zhì)量的微型力傳感器，位移傳感器（發(fā)射器）隨小車一起沿水平軌道運(yùn)動(dòng)，位移傳感器（接收器）固定在軌道一端，實(shí)驗(yàn)中力傳感器的拉力為F，保持小車[包括位移傳感器（發(fā)射器）]的質(zhì)量不變，改變重物重力重復(fù)實(shí)驗(yàn)若干次，得到加速度與外力的關(guān)系如圖b所示。 圖5 （1）小車與軌道間的滑動(dòng)摩擦力Ff＝　　　　N。 （2）從圖象中分析，小車[包括位移傳感器（發(fā)射器）]的質(zhì)量為　　　　kg。 （3）該實(shí)驗(yàn)小組為得到

6、a與F成正比的關(guān)系，應(yīng)將斜面的傾角θ調(diào)整到tan θ＝　　　　。 解析?。?）根據(jù)圖象可知，當(dāng)F＝0.67 N時(shí)，小車開始有加速度，則Ff＝0.67 N。 （2）根據(jù)牛頓第二定律a＝＝F－，則a－F圖象的斜率表示小車[包括位移傳感器（發(fā)射器）]質(zhì)量的倒數(shù)，則 M＝＝ kg＝ kg≈0.67 kg。 （3）為得到a與F成正比的關(guān)系，則應(yīng)該平衡摩擦力，則有： Mgsin θ＝μMgcos θ 解得tan θ＝μ， 根據(jù)Ff＝μMg得μ＝＝0.1 所以tan θ＝0.1。 答案?。?）0.67　（2）0.67?。?）0.1 1.（2018·11月浙江選考）在“探究加速度與力、

7、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，兩個(gè)相同的小車放在光滑水平板上，前端各系一條細(xì)繩，繩的另一端跨過定滑輪各掛一個(gè)小盤，盤中可放重物。小車的停和動(dòng)通過用黑板擦按住小車后的細(xì)線和抬起來控制，如圖6甲所示。實(shí)驗(yàn)要求小盤和重物所受的重力近似等于使小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的力。 圖6 （1）請指出圖乙中錯(cuò)誤之處： ______________________________________。 （2）調(diào)整好實(shí)驗(yàn)裝置后，在某次實(shí)驗(yàn)中測得兩小車的位移分別是x1和x2，則兩車的加速度之比為　　　　　　　　　　　　　。 解析　細(xì)繩拉力方向應(yīng)與桌面平行，以保證小車受到恒力的作用，從而加速度恒定，如果不平行，則隨著小車的

8、運(yùn)動(dòng)，小車水平方向的拉力會(huì)發(fā)生變化，同時(shí)根據(jù)題意“小盤和重物所受的重力近似等于使小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的力”可知，只有當(dāng)托盤和砝碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量時(shí)，才可以把小車受到的拉力認(rèn)為近似等于托盤和砝碼的重力。根據(jù)x＝at2可知，兩車同時(shí)釋放，同時(shí)靜止，加速度之比等于位移之比。 答案?。?）拉小車的細(xì)繩與木板沒有平行　托盤和砝碼的總質(zhì)量沒有遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量?。?）x1：x2 2.（2018·浙江諸暨牌頭中學(xué)期中）在探究“加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)將實(shí)驗(yàn)器材組裝后，釋放小車前瞬間的情景如圖7甲所示。（甲圖為實(shí)際拍攝圖，乙圖為相應(yīng)簡圖） （1）在接通電源進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前，請你指出圖中的錯(cuò)

9、誤或不妥之處 ①__________________________________________________________________， ②__________________________________________________________________， ③__________________________________________________________________。 圖7 （2）改正實(shí)驗(yàn)裝置后，該同學(xué)順利地完成了實(shí)驗(yàn)。圖8是他在實(shí)驗(yàn)中得到的一條紙帶，圖中相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)之間時(shí)間間隔為0.1 s，由圖中數(shù)據(jù)可得小車的加速度為　　

10、　　m/s2。 圖8 解析?。?）打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用交流電源；為了盡可能的利用紙帶在釋放前小車應(yīng)緊靠打點(diǎn)計(jì)時(shí)器；在本實(shí)驗(yàn)中我們認(rèn)為繩子的拉力等于物體所受的合外力，故在實(shí)驗(yàn)前要首先平衡摩擦力。 答案?。?）①小車沒有靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器?、跊]有平衡摩擦力?、垭娫词褂昧酥绷麟娫础。?）0.40 m/s2 3.某實(shí)驗(yàn)小組利用如圖9甲所示的裝置進(jìn)行“探究加速度與合外力的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)。 （1）在實(shí)驗(yàn)中必須平衡摩擦力，以　　　　　　平衡摩擦力，當(dāng)小車　　　　　　運(yùn)動(dòng)時(shí)，摩擦力恰好被平衡。 （2）為了減小誤差，在平衡摩擦力后，每次實(shí)驗(yàn)必須通過改變鉤碼的個(gè)數(shù)來改變小車所受合外力，獲取多組數(shù)據(jù)。若小車質(zhì)量

11、為400 g，實(shí)驗(yàn)中每次所用的鉤碼總質(zhì)量范圍應(yīng)選　　　　組會(huì)比較合理。（填選項(xiàng)前的字母） A.10～40 g B.200～400 g C.1 000～2 000 g （3）實(shí)驗(yàn)中打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所使用的是　　　?。ㄟx填“交流”或“直流”）電源，頻率為50 Hz，圖乙中給出的是實(shí)驗(yàn)中獲取的紙帶的一部分：1、2、3、4、5是計(jì)數(shù)點(diǎn)，每相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)打點(diǎn)未標(biāo)出，每兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔是　　　　s，由該紙帶可求得小車的加速度a＝　　　　m/s2。（結(jié)果保留2位小數(shù)） （4）改變鉤碼的個(gè)數(shù)重復(fù)實(shí)驗(yàn)，得到加速度a與合外力F的關(guān)系如圖丙所示，分析線段OA，可得出實(shí)驗(yàn)的結(jié)論是__________

12、___________________________。 圖9 答案?。?）傾斜木板　勻速直線　（2）A?。?）交流　0.1　1.07　（4）在質(zhì)量不變的條件下，物體的加速度與合外力成正比 4.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10所示的實(shí)驗(yàn)裝置，小車總質(zhì)量用M表示（乙圖中M包括小車與傳感器，丙圖中M包括小車和與小車固定的滑輪），鉤碼總質(zhì)量用m表示。 圖10 （1）為便于測量合外力的大小，并得到小車總質(zhì)量一定時(shí)，小車的加速度與所受合外力成正比的結(jié)論，下列說法正確的是（　?。? A.三組實(shí)驗(yàn)中只有甲需要平衡摩擦力 B.三組實(shí)驗(yàn)都需要平衡摩

13、擦力 C.三組實(shí)驗(yàn)中只有甲需要滿足所掛鉤碼的總質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車的總質(zhì)量M的條件 D.三組實(shí)驗(yàn)都需要滿足所掛鉤碼的總質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車的總質(zhì)量M的條件 （2）圖丁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　　　　cm。圖戊是根據(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3位有效數(shù)字）。 （3）若乙、丙兩位同學(xué)發(fā)現(xiàn)某次測量中力傳感器和彈簧測力計(jì)讀數(shù)相同，通過計(jì)算得到小車加速度均為a，g為當(dāng)?shù)刂亓铀俣龋瑒t乙、丙兩位同學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)所用小車總質(zhì)量之比為　　　　　。

14、 解析?。?）由于刻度尺最小刻度為mm，則OD＝12.0 mm＝1.20 cm；戊圖中s－t2圖線為過原點(diǎn)的直線，即s∝t2，由s＝at2可知，圖線斜率k＝a，a＝2k＝2×0.467 m/s2＝0.934 m/s2。 （3）由于圖乙、丙中力傳感器示數(shù)與彈簧測力計(jì)示數(shù)相同，則丙中小車?yán)κ且抑械?倍，而小車加速度相同，由此可知乙、丙兩位同學(xué)所用小車質(zhì)量比為1∶2。 答案?。?）BC?。?）1.20　0.934（0.932～0.935均可）　（3）1∶2 5.（2018·新高考選考終極適應(yīng)卷）如圖11，為某同學(xué)設(shè)計(jì)的“探究加速度與物體所受合力F及質(zhì)量m的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)裝置簡圖。 圖11

15、 （1）本實(shí)驗(yàn)采用的實(shí)驗(yàn)方法是　　　　。 A.控制變量法 B.假設(shè)法 C.理想實(shí)驗(yàn)法 D.等效替代法 （2）在保持小車受力相同時(shí)，探究加速度與質(zhì)量關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中，以下說法正確的是　　　　。 A.平衡摩擦力時(shí)，應(yīng)將裝有砝碼的小桶用細(xì)繩通過定滑輪系在小車上 B.每次改變小車的質(zhì)量時(shí)，不需要重新平衡摩擦力 C.實(shí)驗(yàn)時(shí)，先放開小車，再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源 D.為得出加速度a與與質(zhì)量m的關(guān)系而作出a－圖象 （3）圖12是實(shí)驗(yàn)中獲取的一條紙帶的一部分，其中O、A、B、C、D是計(jì)數(shù)點(diǎn)，每相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)（圖中未標(biāo)出），計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離如圖13，由紙帶求出小車打“B”點(diǎn)時(shí)的速度　　　

16、　m/s，加速度的大小為　　　　m/s2。（計(jì)算結(jié)果均保留2位有效數(shù)字） 圖12 （4）如圖13所示是某同學(xué)在探究加速度與力的關(guān)系時(shí)，根據(jù)測量數(shù)據(jù)作出的a－F圖線。其中圖線不過原點(diǎn)的原因是　　　　　　　　　　　　　　，圖線在末端彎曲的原因是_____________________________________________________ ___________________________________________________________________。 圖13 解析?。?）本實(shí)驗(yàn)采用的實(shí)驗(yàn)方法是控制變量法。 （2）平衡摩擦力時(shí)，應(yīng)不掛小桶，讓小車

17、拖著紙帶在木板上做勻速運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；每次改變小車的質(zhì)量時(shí)，不需要重新平衡摩擦力，選項(xiàng)B正確；實(shí)驗(yàn)時(shí)要先接通電源后放小車，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；因?yàn)閍－為正比關(guān)系，故為得出加速度a與與質(zhì)量m的關(guān)系而作出a－圖象，選項(xiàng)D正確。 （3）計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔T＝0.02 s×5＝0.1 s，打“B”計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)小車的速度大小為v＝＝ m/s＝0.54 m/s；小車的加速度a＝＝ m/s2＝1.5 m/s2。 （4）由圖線可知，當(dāng)力F到達(dá)一定的值時(shí)才有加速度，故圖線不過原點(diǎn)的原因是未平衡摩擦力或未完全平衡摩擦力；圖線在末端彎曲的原因是未滿足小車的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于小桶和砝碼的總質(zhì)量。 答案　（1）A?。?）BD　（3）0.54　1.5?。?）未平衡摩擦力或未完全平衡摩擦　未滿足小車的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于小桶和砝碼的總質(zhì)量 9