2022届高考物理一轮复习-第十七章-实验-第五节-探究加速度与力、质量的关系学案-新人教版.doc

2022届高考物理一轮复习 第十七章 实验 第五节 探究加速度与力、质量的关系学案 新人教版2022届高考物理一轮复习 第十七章 实验 第五节 探究加速度与力、质量的关系学案 新人教版年级：姓名：- 11 -第五节探究加速度与力、质量的关系1实验原理(见实验原理图)(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)作出aF图象和a图象，确定其关系。2实验器材小车、砝码、小盘、细绳、附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、低压交流电源、导线两根、纸带、天平、米尺。3实验步骤(1)测量：用天平测量小盘和砝码的质量m和小车的质量m。(2)安装：按照如实验原理图所示装置把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细绳系在小车上(即不给小车牵引力)。(3)平衡摩擦力：在长木板的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：小盘通过细绳绕过滑轮系于小车上，先接通电源后放开小车，取下纸带编号码。保持小车的质量m不变，改变砝码和小盘的质量m，重复步骤。在每条纸带上选取一段比较理想的部分，测加速度a。描点作图，作aF的图象。保持砝码和小盘的质量m不变，改变小车质量m，重复步骤和，作a图象。规律方法总结1注意事项(1)平衡摩擦力：适当垫高木板的右端，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。在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细绳系在小车上，让小车拉着穿过打点计时器的纸带匀速运动。(2)不重复平衡摩擦力。(3)实验条件：mm。(4)一先一后一按：改变拉力和小车质量后，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。2误差分析(1)因实验原理不完善引起的误差：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)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。3数据处理(1)利用xaT2及逐差法求a。(2)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。例1在做“验证牛顿第二定律”的实验时，计算出各纸带的加速度后，将测得的反映加速度a和力F关系的有关资料记录在表1中。将测得的反映加速度a和质量M关系的资料列在表2中。表1a/(ms2)1.984.065.958.12F/N1.002.003.004.00表2a/(ms2)2.042.663.233.98/kg10.500.670.801.00(1)根据表中所列数据，分别画出aF图象和a图象。(2)从图象可以判定：当M一定时，a与F的关系为_；当F一定时，a与M的关系为_。(3)由aF图象可知，M_。(4)由a图象可知，F_。【答案】 (1)aF图象和a图象分别如图甲、乙所示(2)正比关系反比关系(3)0.50 kg(4)4.00 N例2图甲为验证牛顿第二定律的实验装置示意图。图中打点计时器的电源为50 Hz的交流电源，打点的时间间隔用t表示。在小车质量未知的情况下，某同学设计了一种方法用来研究“在外力一定的条件下，物体的加速度与其质量间的关系”。甲(1)完成下列实验步骤中的填空。平衡小车所受的阻力：小吊盘中不放物块，调整木板右端的高度，用手轻拨小车，直到打点计时器打出一系列_的点。按住小车，在小吊盘中放入适当质量的物块，在小车中放入砝码。打开打点计时器电源，释放小车，获得带有点列的纸带，在纸带上标出小车中砝码的质量m。按住小车，改变小车中砝码的质量，重复步骤。在每条纸带上清晰的部分，每5个间隔标注一个计数点。测量相邻计数点的间距s1，s2，。求出与不同m相对应的加速度a。以砝码的质量m为横坐标，为纵坐标，在坐标纸上作出m关系图线。若加速度与小车和砝码的总质量成反比，则与m处应成_(选填“线性”或“非线性”)关系。(2)完成下列填空。本实验中，为了保证在改变小车中砝码的质量时，小车所受的拉力近似不变，小吊盘和盘中物块的质量之和应满足的条件是_。设纸带上三个相邻计数点的间距为s1、s2、s3。a可用s1、s3和t表示为a_。图乙为用米尺测量某一纸带上的s1、s3的情况，由图可读出s1_，s3_。由此求得加速度的大小a_m/s2。乙丙图丙为所得实验图线的示意图。设图中直线的斜率为k，在纵轴上的截距为b，若牛顿定律成立，则小车受到的拉力为_，小车的质量为_。【解答】(1)间距相等，线性(2)远小于小车和砝码的总质量as1(3.681.25)cm2.43 cms3(12.007.28)cm6.72 cma m/s2.15 m/s。设小车的质量为m，则有F(mm)a，变形得m，所以m图象的斜率为k，所以作用力F，m图象的截距为b，所以m。1为了研究加速度跟力和质量的关系，应该采用的实验方法是()A控制变量法B假设法C理想实验法 D图象法2在某次探究加速度和力的关系的实验中，某人得到的aF图象如图所示，从这个实验图象可以得到的结论中正确的是()A这些点并不全是在一条通过原点的直线上，因此，不能认为当m一定时，a与F成正比B在实验中总是会出现误差的，这些点偏离这条过原点的直线的原因，可能是误差造成的，如果没有误差，这些点是不会偏离该直线的。因此可以认为：当m一定时，a与F成正比C当m一定时，a与F成正比这条规律应该不会错，实验得到的结果与该规律不符合是实验做错了D上述说法都是错的3某同学做“探究加速度与力、质量的关系” 的实验时，画出了如图所示的三条图线，这三条图线表示实验中的_不同。4在探究加速度与力、质量的关系的实验中备有下列器材：A打点计时器B天平C秒表D低压交流电源E电池F纸带G细绳、砝码、小车、小盘H薄木板I装有沙的小桶其中多余的器材是：_。(填器材前面的字母)缺少的器材是：_。5图1为“验证牛顿第二定律”的实验装置示意图。砂和砂桶的总质量为m，小车和砝码的总质量为M。实验中用砂和砂桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小。(1)试验中，为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，先调节长木板一滑轮的高度，使细线与长木板平行。接下来还需要进行的一项操作是()A将长木板水平放置，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，给打点计时器通电，调节m的大小，使小车在砂和砂桶的牵引下运动，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动B将长木板的一端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，撤去砂和砂桶，给打点计时器通电，轻推小车，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动C将长木板的一端垫起适当的高度，撤去纸带以及砂和砂桶，轻推小车，观察判断小车是否做匀速运动(2)实验中要进行质量m和M的选取，以下最合理的一组是()AM200 g，m10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 gB. M200 g，m20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 gCM400 g，m10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 gD. M400 g，m20 g、 40 g、60 g、80 g、100 g、120 g(3)图2是试验中得到的一条纸带，A、B、C、D、E、F、G为7个相邻的计数点，相邻的两个计数点之间还有四个点未画出。量出相邻的计数点之间的距离分别为sAB4.22 cm、sBC4.65 cm、sCD5.08 cm、sDE5.49 cm、sEF5.91 cm、sFG6.34 cm。已知打点计时器的工作效率为50 Hz，则小车的加速度a_m/s2(结果保留2位有效数字)。1在探究物体的加速度与力、质量的关系时，下列说法中正确的是()A同时测出物体的质量、加速度和力，能容易发现三者之间的关系B保持物体的质量不变，一定要测出加速度的数值，才能找出加速度与力的关系C可以利用物体做自由落体运动来探究加速度与质量的关系D质量一定时，如果加速度与力的图象是一条过原点的倾斜直线，则加速度与力成正比2(多选)在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，下列说法中正确的是()A为了减小实验误差，悬挂物的质量应远小于车和砝码的总质量B为减小小车、纸带受到摩擦力对实验的影响，需要把小车运动平面起始端尽量抬高C采用描点法画图象，是为了减小误差D采用a坐标作图，是为了根据图象直观地作出判断3(2019全国卷)如图(a)，某同学设计了测量铁块与木板间动摩擦因数的实验。所用器材有：铁架台、长木板、铁块、米尺、电磁打点计时器、频率50Hz的交流电源，纸带等。回答下列问题：(1)铁块与木板间动摩擦因数_(用木板与水平面的夹角、重力加速度g和铁块下滑的加速度a表示)(2)某次实验时，调整木板与水平面的夹角30。接通电源。开启打点计时器，释放铁块，铁块从静止开始沿木板滑下。多次重复后选择点迹清晰的一条纸带，如图(b)所示。图中的点为计数点(每两个相邻的计数点间还有4个点未画出)。重力加速度为9.8 m/s2。可以计算出铁块与木板间的动摩擦因数为_(结果保留2位小数)。4某同学把附有滑轮的长木板平放在实验桌面上，将细绳一端拴在小车上，另一端绕过定滑轮，挂上适当的钩码使小车在钩码的牵引下运动，以此定量研究绳拉力做功与小车动能变化的关系。此外还准备了打点计时器及配套的电源、导线、复写纸、纸带、小木块等。组装的实验装置如图所示。(1)若要完成该实验，必需的实验器材还有哪些？(2)实验开始时，他先调节木板上定滑轮的高度，使牵引小车的细绳与木板平行。他这样做的目的是下列的哪个(填字母代号)()A避免小车在运动过程中发生抖动B可使打点计时器在纸带上打出的点迹清晰C可以保证小车最终能够实现匀速直线运动D可在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的合力(3)平衡摩擦后，当他用多个钩码牵引小车时，发现小车运动过快，致使打出的纸带上点数太少，难以选到合适的点计算小车的速度。在保证所挂钩码数目不变的条件下，请你利用本实验的器材提出一个解决方法：(4)(多选)他将钩码重力做的功当做细绳拉力做的功，经多次实验发现拉力做功总是要比小车动能增量大一些，这一情况可能是下列哪些原因造成的()A在接通电源的同时释放了小车B小车释放时离打点计时器太近C阻力未完全被小车重力沿木板方向的分力平衡掉D钩码做匀加速运动，钩码重力大于细绳拉力第五节探究加速度与力、质量的关系课堂练习1A2.B3小车和砝码的总质量4C、E毫米刻度尺、带滑轮的长木板5(1)B(2)C(3)0.42【解析】要使砂和砂桶的重力mg近似等于小车所受合外力，首先要平衡摩擦力，然后还要满足mM。而平衡摩擦，不需挂砂桶，但要带纸带，故(1)选B，(2)选C。(3)用逐差法a，求得a0.42 m/s2。课后练习1. D2. ACD3(1)(2)0.354(1)刻度尺、天平(包括砝码)(2)D(3)可在小车上加适量的砝码(或钩码)(4)CD 【解析】(1)根据实验原理可知，需要验证mgxMv2，同时根据运动学规律可知，此实验中需要测量钩码质量、小车质量和位移，故还需要的器材有：刻度尺和天平。(2)分析小车受力可知，在平衡摩擦力的基础上，使细绳与木板平行是为了让细绳的拉力充当小车所受合外力，故选项D正确。(3)纸带上打出的点较少，说明小车的加速度过大(即小车过快)，故可知减小钩码质量或增加小车质量(在小车上加上适量的砝码)。(4)在此实验中，根据牛顿第二定律可知，钩码的重力大于细绳的拉力，而实验中用重力代替拉力会导致拉力做功大于小车动能增量；如果实验未平衡摩擦力也会导致拉力做功大于动能增量，故选项C、D正确。