2019版高考物理一輪復(fù)習(xí) 實驗增分 專題4 探究加速度與力學(xué)案

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1、實驗四探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系考綱要求考情分析命題趨勢驗證牛頓第二定律2016全國卷，232015全國卷，22高考對本實驗的考查主要側(cè)重于以下三個方面：1.實驗條件的控制，如托盤砝碼的總質(zhì)量要遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量、平衡摩擦力等；2.對“控制變量法”的理解和應(yīng)用；3.通過圖象分析實驗數(shù)據(jù)及誤差分析知識梳理夯實基礎(chǔ)一、實驗流程二、注意事項1實驗方法：控制變量法2平衡摩擦力：不懸掛小盤，但小車連著紙帶3不重復(fù)：不重復(fù)平衡摩擦力4實驗條件：Mm.小盤和砝碼的總重力可視為小車受到的拉力5一先一后一按?。合冉油娫?，后放小車，且在小車到達(dá)滑輪前按住小球6作圖：作圖時兩軸標(biāo)度比例要適當(dāng)，各量須采用國際單位三、

2、誤差分析1因?qū)嶒炘聿煌晟埔鹫`差以小車、小盤和砝碼整體為研究對象得mg(Mm)a；以小車為研究對象得FMa；求得Fmgmgmg.本實驗用小盤和砝碼的總重力mg代替小車的拉力，而實際上小車所受的拉力要小于小盤和砝碼的總重力小盤和砝碼的總質(zhì)量越小于小車的質(zhì)量，由此引起的誤差就越小因此，滿足小盤和砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量的目的就是減小因?qū)嶒炘聿煌晟贫鸬恼`差2摩擦力平衡不準(zhǔn)確造成誤差在平衡摩擦力時，除了不掛小盤外，其他的均與正式實驗一樣(比如要掛好紙帶、接通打點(diǎn)計時器)，勻速運(yùn)動的標(biāo)志是打點(diǎn)計時器打出的紙帶上各相鄰兩點(diǎn)間的距離相等3質(zhì)量的測量誤差、紙帶上打點(diǎn)計時器打點(diǎn)間隔距離的測量誤差、細(xì)

3、繩或紙帶不與木板平行等都會引起誤差核心考點(diǎn)分層突破考點(diǎn)1實驗原理與基本操作例1圖為“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗裝置示意圖砂和砂桶的總質(zhì)量為m，小車和砝碼的總質(zhì)量為M.實驗中用砂和砂桶總重力的大小作為細(xì)線對小車?yán)Φ拇笮?1)實驗中，為了使細(xì)線對小車的拉力等于小車所受的合外力，先調(diào)節(jié)長木板一端滑輪的高度，使細(xì)線與長木板平行接下來還需要進(jìn)行的一項操作是_B_.(填正確答案標(biāo)號)A將長木板水平放置，讓小車連著已經(jīng)穿過打點(diǎn)計時器的紙帶，給打點(diǎn)計時器通電，調(diào)節(jié)m的大小，使小車在砂和砂桶的牽引下運(yùn)動，從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運(yùn)動B將長木板的一端墊起適當(dāng)?shù)母叨?，讓小車連著已經(jīng)穿過打點(diǎn)計時器的紙

4、帶，撤去砂和砂桶，給打點(diǎn)計時器通電，輕推小車，從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運(yùn)動C將長木板的一端墊起適當(dāng)?shù)母叨?，撤去紙帶以及砂和砂桶，輕推小車，觀察判斷小車是否做勻速運(yùn)動(2)實驗中要進(jìn)行質(zhì)量m和M的選取，以下最合理的一組是_C_.(選填正確答案標(biāo)號)AM200 gm10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 gBM200 gm20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 gCM400 gm10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、40 gDM400 gm20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 g(3)如圖所示，是實驗中得到的一條紙帶，A、

5、B、C、D、E、F、G為7個相鄰的計數(shù)點(diǎn)，相鄰的兩個計數(shù)點(diǎn)之間還有四個點(diǎn)未畫出量出相鄰的計數(shù)點(diǎn)之間的距離分別為xAB4.22 cm、xBC4.65 cm、xCD5.08 cm、xDE5.49 cm、xEF5.91 cm、xFG6.34 cm.已知打點(diǎn)計時器的工作頻率為50 Hz，則小車的加速度a_0.42_m/s2.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)解析(1)小車在運(yùn)動過程中受到重力、支持力、紙帶的拉力、木板對小車的摩擦力和細(xì)線拉力的作用為了使細(xì)線對小車的拉力等于小車所受的合力，應(yīng)把木板的一端墊起適當(dāng)?shù)母叨?，以使重力、支持力、紙帶的拉力和摩擦力的合力為零，即小車做勻速運(yùn)動，因此在進(jìn)行這一操作時，不應(yīng)掛砂

6、桶，小車應(yīng)連接紙帶，選項A、C錯誤，B正確(2)由于細(xì)線的拉力不易測量，本實驗中用砂和砂桶的總重力來代替細(xì)線的拉力，而砂桶做加速運(yùn)動，設(shè)加速度大小為a，則FTm(ga)，當(dāng)砂桶的加速度很小時，F(xiàn)T近似等于mg，因此實驗中應(yīng)控制實驗條件，使砂桶的加速度很小只有當(dāng)小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于砂和砂桶的總質(zhì)量時，小車和砂桶的加速度才很小，細(xì)線的拉力才近似等于砂和砂桶的總重力選項C正確(3)相鄰兩計數(shù)點(diǎn)間的時間T0.1 s，由xaT2可得a，代入數(shù)據(jù)解得a0.42 m/s2.考點(diǎn)2實驗原理與數(shù)據(jù)處理例2某物理實驗課外小組利用圖甲中的裝置探究物體加速度與其所受合外力之間的關(guān)系圖甲中，置于實驗臺上的長木板水平放置，其

7、右端固定一輕滑輪；輕繩跨過滑輪，一端與放在木板上的小滑車相連，另一端可懸掛鉤碼本實驗中可用的鉤碼共有N5個，每個質(zhì)量均為0.010 kg.實驗步驟如下：(1)將5個鉤碼全部放入小車中，在長木板左下方墊上適當(dāng)厚度的小物塊，使小車(和鉤碼)可以在木板上勻速下滑(2)將n(依次取n1,2,3,4,5)個鉤碼掛在輕繩右端，其余Nn個鉤碼仍留在小車內(nèi)；用手按住小車并使輕繩與木板平行，釋放小車，同時用傳感器記錄小車在時刻t相對于位移其起始位置的位移s，繪制st圖象，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后可得到相應(yīng)的加速度a.(3)對應(yīng)于不同的n的a值見下表n2的st圖象如圖乙所示，由圖乙求出此時小車的加速度(保留兩位有效數(shù)字)，將

8、結(jié)果填入下表.n12345a/(ms2)0.20_0.39_0.580.781.00(4)利用表中的數(shù)據(jù)在圖丙中補(bǔ)齊數(shù)據(jù)點(diǎn)，并作出an圖象從圖象可以看出：當(dāng)物體質(zhì)量一定時，物體的加速度與其所受的合外力成正比丙(5)利用an圖象求得小車(空載)的質(zhì)量為_0.44_kg.(保留兩位有效數(shù)字，重力加速度取g9.8 m/s2)(6)若以“保持木板水平”來代替步驟(1)，下列說法正確的是_BC_(填入正確選項前的標(biāo)號)Aan圖線不再是直線Ban圖線仍是直線，但該直線不過原點(diǎn)Can圖線仍是直線，但該直線的斜率變大解析(3)因為小車做初速度為零的勻加速度直線運(yùn)動，將題圖乙中點(diǎn)(2,0.78)代入sat2可得

9、a0.39 m/s2.(4)根據(jù)描點(diǎn)法可得如圖所示圖線(5)根據(jù)牛頓第二定定律可得nmg(M5m)a，則an，圖線斜率k，可得M0.44 kg.(6)若不平衡摩擦力，則有nmgM(5n)mg(M5m)a，則an，所以an圖線仍是直線，但直線不過原點(diǎn)，斜率變大，故選項B、C正確答案(4)見解析圖考點(diǎn)3實驗改進(jìn)與創(chuàng)新高考命題對本實驗可從下列幾個方面創(chuàng)新1實驗器材的改進(jìn)：(1)氣墊導(dǎo)軌替代長木板；(2)光電門替代打點(diǎn)計時器2實驗方法的改進(jìn)：(1)用力傳感器或彈簧測力計測量對小車的拉力；(2)在驗證a與F的關(guān)系時，保持小車、鉤碼和桶的總質(zhì)量不變3數(shù)據(jù)處理方法的改進(jìn)：小車的加速度可以利用傳感器，借助于計

10、算機(jī)來處理例3(2017北京朝陽模擬)某探究學(xué)習(xí)小組的同學(xué)要探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系，他們在實驗室組裝了一套如圖甲所示的裝置，水平軌道上安裝兩個光電門，小車上固定有力傳感器和擋光板，細(xì)線一端與力傳感器連接，另一端跨過定滑輪掛上砝碼盤實驗首先保持軌道水平，通過調(diào)整砝碼盤里砝碼的質(zhì)量讓小車做勻速運(yùn)動以實現(xiàn)平衡摩擦力，再進(jìn)行后面的操作，并在實驗中獲得以下測量數(shù)據(jù)：小車、力傳感器和擋光板的總質(zhì)量M，平衡摩擦力時砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量m0，擋光板的寬度d，光電門1和2的中心距離s.甲(1)該實驗是否需要滿足砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于車的質(zhì)量？_不需要_.(選填“需要”或“不需要”)(2)實驗需用游標(biāo)卡尺

11、測量擋光板的寬度d，如圖乙所示，d_5.50_mm.乙(3)某次實驗過程：力傳感器的讀數(shù)為F，小車通過光電門1和2的擋光時間分別為t1、t2(小車通過光電門2后，砝碼盤才落地)，已知重力加速度為g，則該實驗要驗證的表達(dá)式是_FMm0g_.解析(1)因為細(xì)線一端與力傳感器連接，細(xì)線的拉力可以直接測得，無需近似等于砝碼盤及砝碼重力，所以不需要滿足砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于車的質(zhì)量(2)主尺讀數(shù)為5 mm，游標(biāo)尺讀數(shù)為100.05 mm0.50 mm，則d5.50 mm.(3)小車通過光電門1時的速度v1，通過光電門2時的速度v2，驗證FMm0gMm0g，即驗證了牛頓第二定律對應(yīng)演練遷移運(yùn)用1(20

12、18湖北武漢華師一附中模擬)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)計了如圖所示的實驗裝置，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連的滑輪)，鉤碼總質(zhì)量用m表示(1)為便于測量合外力的大小，并得到小車總質(zhì)量一定時，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(BC)A三組實驗中只有甲需要平衡摩擦力B三組實驗都需要平衡摩擦力C三組實驗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三組實驗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)若乙、丙兩位同學(xué)發(fā)現(xiàn)某次測量中力傳感器和測力計讀數(shù)相同，通過計算得到小車加速度均

13、為a，ag，g為當(dāng)?shù)刂亓铀俣葎t乙、丙兩人實驗時所用小車總質(zhì)量之比為_12_，乙、丙兩人實驗用的鉤碼總質(zhì)量之比為_12_.解析(1)為便于測量合外力的大小，甲圖通過鉤碼的總質(zhì)量對應(yīng)的重力即為合外力，而乙圖是力傳感器的示數(shù)，丙圖則是測力計的2倍，因此它們都必須平衡摩擦力，故選項A錯誤，B正確；由于甲圖通過鉤碼的總質(zhì)量對應(yīng)的重力即為合外力，因此三組實驗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，故選項C正確，D錯誤(2)乙、丙兩位同學(xué)發(fā)現(xiàn)某次測量中力傳感器和測力計讀數(shù)相同，且通過計算得到小車加速度均為a，根據(jù)牛頓第二定律，則有FM乙a，2FM丙a；因此乙、丙兩人實驗時所用小車總質(zhì)

14、量之比為12；由牛頓第二定律，對砝碼研究，則有m乙gFm乙a，而m丙gFm丙2a，因ag，解得m乙m丙12；即乙、丙兩人實驗用的鉤碼總質(zhì)量之比為12.2(2017上海奉賢調(diào)研)用圖甲的裝置“驗證牛頓第二定律”時有兩個“巧妙”的設(shè)計，一是要求小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于砂和砂桶的質(zhì)量之和；二是對小車要進(jìn)行“平衡摩擦力”操作回答下列問題：(1)實驗要求“小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于砂和砂桶的質(zhì)量之和”的目的是_小車所受拉力近似等于砂和砂桶的總重力_.(2)對小車進(jìn)行“平衡摩擦力”的操作時，下列必須進(jìn)行的是_AD_.(選填字母序號)A取下砂和砂桶B在空砂桶的牽引下，輕推一下小車，小車能做勻速直線運(yùn)動C小車拖著穿過打點(diǎn)計時器

15、的紙帶做勻速運(yùn)動時，打點(diǎn)計時器的電源應(yīng)斷開D把長木板沒有定滑輪的一端墊起適當(dāng)高度(3)在滿足實驗條件下，某同學(xué)得到了如圖乙的圖線(M為小車和砝碼的總質(zhì)量)，圖線在縱軸上截距不為零的原因是_長木板傾角過大_.解析小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于砂和砂桶的質(zhì)量之和時，小車和砂桶的加速度很小，此時砂和砂桶的總重力近似等于小車所受拉力，從而驗證小車加速度與合外力的關(guān)系；(2)平衡摩擦力是使小車所受重力沿木板方向分力與小車所受摩擦力平衡，故選項A、D正確，B錯誤；為確定小車是否為勻速運(yùn)動，需要通過紙帶上點(diǎn)跡是否均勻來判斷，故選項C錯誤；(3)縱截距不為零，即使小車質(zhì)量M非常大時，小車仍有加速度，說明小車不受拉力作用時也具

16、有加速度，因此可以斷定平衡摩擦力時長木板傾角過大3某學(xué)習(xí)小組用圖甲所示的裝置探究加速度與合力的關(guān)系裝置中的鋁箱下端連接紙帶，砂桶中可放置砂子以改變鋁箱所受的外力大小，鋁箱向上運(yùn)動的加速度a可由打點(diǎn)計時器和紙帶測出現(xiàn)保持鋁箱總質(zhì)量不變，逐漸增大砂桶和砂的總質(zhì)量進(jìn)行多次實驗，得到多組a、F值(F為力傳感器的示數(shù)，等于懸掛滑輪繩子的拉力)，不計滑輪的重力(1)某同學(xué)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出了aF關(guān)系圖線如圖乙所示，則由該圖象可得鋁箱總質(zhì)量m_m0.20_kg_，重力加速度g_g10_m/s2_.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(2)當(dāng)砂桶和砂的總質(zhì)量M較大導(dǎo)致a較大時，實驗得到的加速度a的值可能是_CD_.(填選項

17、前的字母)A12.0 m/s2B10.0 m/s2C5.0 m/s2D6.0 m/s2解析(1)由題意知，輕繩對鋁箱的拉力為，對鋁箱有mgma，即aFg，對照aF圖象有得m0.20 kg，g10 m/s2.(2)砂桶和砂的總質(zhì)量M越大，系統(tǒng)運(yùn)動的加速度a也越大，但a一定小于g，故選項C、D正確4如圖所示的實驗裝置可以探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系，小車上固定一個盒子，盒子內(nèi)盛有砂子砂桶的總質(zhì)量(包括桶以及桶內(nèi)砂子質(zhì)量)記為m，小車的總質(zhì)量(包括車、盒子及盒內(nèi)砂子質(zhì)量)記為M.實驗前，先不掛砂桶，適當(dāng)抬升長木板的右端，通過調(diào)節(jié)平衡車受到的摩擦力(1)驗證在質(zhì)量不變的情況下，加速度與合力成正比從盒子中

18、取出一些砂子，裝入砂桶中，稱量并記錄砂桶的總重力mg，將該力視為合力F，對應(yīng)的加速度a則從打下的紙帶中計算得出多次改變合力F的大小，每次都會得到一個相應(yīng)的加速度本次實驗中，桶內(nèi)的砂子取自小車中，故系統(tǒng)的總質(zhì)量不變以合力F為橫軸，以加速度a為縱軸，畫出aF圖象，圖象是一條過原點(diǎn)的直線aF圖象斜率的物理意義是_.你認(rèn)為把砂桶的總重力mg當(dāng)做合力F是否合理？答：_合理_.(選填“合理”或“不合理”)本次實驗中，是否應(yīng)該滿足Mm這樣的條件？答：_否_；(選填“是”或“否”)理由是_因為實驗的研究對象是整個系統(tǒng)，系統(tǒng)受到的合力就等于mg_.(2)驗證在合力不變的情況下，加速度與質(zhì)量成反比保持桶內(nèi)砂子質(zhì)量m不變，在盒子內(nèi)添加或去掉一些砂子，驗證加速度與質(zhì)量的關(guān)系本次實驗中，桶內(nèi)的砂子總質(zhì)量不變，故系統(tǒng)所受的合力不變用圖象法處理數(shù)據(jù)時，以加速度a為縱軸，應(yīng)該以_Mm_的倒數(shù)為橫軸解析(1)將小車內(nèi)的砂子轉(zhuǎn)移到桶中，就保證了Mm不變，即系統(tǒng)的總質(zhì)量不變，研究對象是整個系統(tǒng)，a，可見aF圖象斜率的物理意義是，系統(tǒng)的合力就等于所懸掛砂桶的總重力mg，不必滿足Mm這樣的條件(2)向小車內(nèi)添加或去掉部分砂子，是改變系統(tǒng)的總質(zhì)量Mm，而系統(tǒng)的合力仍等于所懸掛砂桶的總重力mg，保證了合力不變10