2024年高考物理第一轮复习课件：第三章 实验四　探究加速度与物体受力、物体质量的关系

这是一份2024年高考物理第一轮复习课件：第三章 实验四　探究加速度与物体受力、物体质量的关系，共42页。PPT课件主要包含了教材原型实验，实验原理与操作，数据处理与分析，实验创新设计，实验器材创新，和砝码盘的质量，实验设计创新，实验目的创新等内容，欢迎下载使用。
1．实验目的(1)学会应用控制变量法研究物理规律。(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。
3．实验器材小车、砝码、槽码、细绳、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、交流电源、导线两根、纸带、天平、刻度尺。4．实验步骤(1)质量的测量：用天平测量小车的质量m。(2)安装：按照如图所示装置把实验器材安装好，只是不把悬挂槽码的细绳系在小车上(即不给小车施加牵引力)。
(3)用阻力补偿法测合力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫上垫木，反复移动垫木位置使小车能匀速下滑。(4)操作：①槽码通过细绳绕过定滑轮系于小车上，先接通电源后放开小车，断开电源，取下纸带，编号码。
2．注意事项(1)用阻力补偿法测合力：适当垫高木板不带定滑轮的一端，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。在用阻力补偿法测合力时，不要把悬挂槽码的细绳系在小车上，让小车拉着穿过打点计时器的纸带匀速运动。(2)不用重复用阻力补偿法测合力。(3)实验条件：槽码质量应远小于小车质量。
(4)一先一后一按：改变拉力或小车质量后，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，且应在小车到达定滑轮前按住小车。3．误差分析(1)实验原理不完善：本实验用槽码的重力代替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于槽码的重力。(2)用阻力补偿法测合力不准确、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。
【例1】　在“验证牛顿运动定律”实验中，采用如图所示的装置进行实验。
(1)对小车进行“平衡摩擦力”操作时，下列必须进行的是______(填字母序号)。A．取下沙和沙桶B．在空沙桶的牵引下，轻推一下小车，小车能做匀速直线运动C．小车拖着穿过打点计时器的纸带做匀速运动时，打点计时器的电源应断开D．把长木板没有定滑轮的一端垫起适当高度
沙和沙桶的总质量远小于小车的质量
C．每改变一次小车的质量，都需要改变垫入的小木块的厚度D．先保持小车质量不变，研究加速度与力的关系；再保持小车受力不变，研究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度与力、质量的关系[解析]　(1)平衡摩擦力是使小车所受重力沿木板方向的分力与小车所受摩擦力平衡，故A、D项正确，B项错误；为确定小车是否为匀速运动，需要通过纸带上点迹是否均匀来判断，故C项错误。
(3)本实验是“验证牛顿运动定律”，所以不能把牛顿第二定律当成已知的公式来使用，故A错误；使用打点计时器时，应该先接通电源，后释放纸带，故B正确；平衡摩擦力后有μ＝tan θ，小车质量改变时，总满足mg sin θ＝μmg cs θ，与小车质量无关，所以不用再次平衡摩擦力，故C错误；本实验采用控制变量法，故D正确。
【例2】　(2022·福建南平高三质检)某实验小组利用如图甲所示的装置探究物体的加速度与力的关系，调整木板的倾角平衡摩擦阻力后，挂上小桶，带动小车运动并打出纸带。
(1)实验中打出的其中一条纸带如图乙所示。相邻计数点间的时间间隔是0.10 s，由此可以算出小车运动的加速度是________m/s2(结果保留三位有效数字)。
(2)利用测得的数据，可得到小车质量M一定时，小车运动的加速度a和所受拉力F的关系图像如图丙所示(F＝mg，m为沙和小桶的总质量，g为重力加速度)。
拉力F较大时，a-F图线明显弯曲，产生误差。若不断增加小桶中沙的质量，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)。为了减少上述误差，可采取的有效措施是________。A．测小车的加速度时，利用速度传感器代替纸带和打点计时器B．将无线力传感器捆绑在小车上，再将细线连在力传感器上，用力传感器读数代替沙和小桶的重力
【例3】　(2022·江苏新沂高三质检)图甲是利用气垫导轨探究在外力一定的条件下，物体加速度与质量的关系的实验装置。实验步骤如下：
①气垫导轨放在水平桌面上，并调至水平；②用游标卡尺测出挡光条的宽度为l；③由导轨上标尺读出两光电门中心之间的距离为s；④将滑块移至光电门1左侧某处，待砝码静止不动后释放滑块，要求砝码落地前挡光条已通过光电门2；⑤从数字计时器(图中未画出)上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间分别为Δt1和Δt2；⑥用天平称出滑块和挡光条的总质量为M；⑦改变滑块的质量，重复步骤④⑤⑥进行多次实验。
据上述实验回答下列问题。(1)关于实验操作，下列说法正确的是________。A．应先接通光电门后释放滑块B．调节气垫导轨水平时，应挂上砝码C．应调节定滑轮使细线和气垫导轨平行D．每次都应将滑块从同一位置由静止释放(2)用测量物理量的字母表示滑块加速度a＝ ___________________。
(3)由图乙画出与M的关系图线(实线)，可得到砝码和砝码盘的总重力G＝_________________N。(4)在探究滑块加速度a和质量M间的关系时，发现根据实验数据画出的与M的关系图线(图乙中实线)与理论值(图乙中虚线)有一定的差距，可能原因是________________________________________________________________________。
2.5(2.3～2.7均可)
没有选取滑块和砝码一起作为研究对象(或M没有加上砝码
[解析]　(1)先接通光电门后释放滑块，以确保滑块经过光电门时，光电门能正常工作，故选项A正确；挂上砝码后，滑块受拉力作用，因此在调节气垫导轨时应不挂砝码，故选项B错误；调节定滑轮使细线和气垫导轨平行的目的是使滑块所受拉力与运动方向相同，故选项C正确；由于两光电门记录的是滑块通过它们的时间，不需每次经过时速度相等，因此无需将滑块从同一位置由静止释放，故选项D错误。
(4)图像出现了纵截距，原因是没有选取滑块和砝码一起作为研究对象(或M没有加上砝码和砝码盘的质量)。[创新评价]　本实验创新之处在于：一是用光电门和气垫导轨代替打点计时器与木板，无须平衡摩擦力，操作便捷；二是根据遮光条的宽度可测滑块的速度，应用运动学公式求加速度，避免了纸带位移测量的误差。
【例4】　某实验小组应用如图所示装置“探究加速度与物体受力的关系”，已知小车的质量为M，单个钩码的质量为m，打点计时器所接的交流电的频率为50 Hz，动滑轮的质量可忽略。实验步骤如下：
A．按图所示安装好实验装置，其中与定滑轮及弹簧测力计相连的细线竖直；B．调节长木板的倾角，轻推小车后，使小车能沿长木板向下匀速运动；C．挂上钩码，接通电源后，再放开小车，打出一条纸带，由纸带求出小车的加速度；D．改变钩码的数量，重复步骤C，求得小车在不同合力作用下的加速度。
根据以上实验过程，回答以下问题。(1)对于上述实验，下列说法正确的是________。A．钩码的质量应远小于小车的质量B．实验过程中钩码处于超重状态C．与小车相连的轻绳与长木板一定要平行D．弹簧测力计的读数应为钩码重力的一半
(2)实验中打出的其中一条纸带如图所示，由该纸带可求得小车的加速度a＝________m/s2(结果保留两位有效数字)。若交流电的实际频率大于50 Hz，则上述计算结果与实际值相比________(选填“偏大”“偏小”或“相同”)。
(3)由本实验得到的数据作出小车的加速度a与弹簧测力计的示数F的关系图像，与本实验相符合的是________。
[解析]　(1)由题图可知，实验装置里有弹簧测力计，轻绳的拉力可以通过弹簧测力计读出，不需要钩码的质量远小于小车的质量，故A错误；实验过程中，钩码向下加速运动处于失重状态，故B错误；与小车相连的轻绳与长木板一定要平行，保证拉力沿着木板方向，故C正确；实验过程中，钩码向下加速运动处于失重状态，故弹簧测力计的读数小于钩码重力的一半，故D错误。(2)设相邻两个计数点之间的位移分别为x1、x2、x3、x4，相邻两个计数点之间的时间间隔T＝5×0.02 s＝0.1 s，由Δx＝aT2，得a＝
[创新评价]　本实验创新之处在于用弹簧测力计测量小车所受的拉力，钩码的质量不需要远小于小车质量，更不需要测钩码的质量。
【例5】　(2022·山东德州调研)现要测量滑块与木板之间的动摩擦因数，实验装置如图1所示。表面粗糙的木板一端固定在水平桌面上，另一端抬起一定高度构成斜面；木板上有一滑块，其后端与穿过打点计时器的纸带相连；打点计时器固定在木板上，连接频率为50 Hz的交流电源。接通电源后，从静止释放滑块，滑块带动纸带打出一系列的点迹。
(1)图2给出的是实验中获取的一条纸带的一部分：0、1、2、3、4、5、6是实验中选取的计数点，每相邻两计数点间还有4个点(图中未标出)，2、3和5、6计数点的距离如图2所示。由图中数据求出滑块的加速度a＝________ m/s2(结果保留三位有效数字)。(2)已知木板的长度为L，为了求出滑块与木板间的动摩擦因数，还应测量的物理量是________。A．滑块到达斜面底端的速度v B．滑块的质量mC．滑块的运动时间tD．斜面高度h和底边长度x
(3)设重力加速度为g，滑块与木板间的动摩擦因数的表达式为μ＝______________(用所需测物理量的字母表示)。
[创新评价]　本实验的创新点在于由验证加速度与物体的质量、合外力的关系拓展为利用牛顿第二定律测量滑块与木板间的动摩擦因数。