2025高考物理一轮考点突破训练第3章运动和力的关系实验4探究加速度与物体受力物体质量的关系考点2创新实验提升

这是一份2025高考物理一轮考点突破训练第3章运动和力的关系实验4探究加速度与物体受力物体质量的关系考点2创新实验提升，共4页。试卷主要包含了实验器材的改进，实验方法的迁移应用等内容，欢迎下载使用。
1．实验器材的改进
(1)气垫导轨：不用补偿阻力。
(2)力传感器或弹簧测力计：可直接测绳的拉力，不必保证小车质量远大于钩码的总质量。
(3)速度传感器、位移传感器、光电门：可以更加精确测出小车的位移和瞬时速度。
2．实验方法的迁移应用
以牛顿第二定律为实验原理，测量动摩擦因数、重力加速度、质量等。
►考向1 实验器材的改进
在探究物体质量一定时加速度与力的关系实验中，小明同学做了如图甲所示的实验改进，在调节桌面水平后，添加了力传感器来测细线中的拉力。(g＝10 m/s2)
(1)关于该实验的操作，下列说法正确的是 D 。
A．必须用天平测出沙和沙桶的质量
B．一定要保证沙和沙桶的总质量远小于小车的质量
C．应当先释放小车，再接通电源
D．需要改变沙和沙桶的总质量，打出多条纸带
(2)本实验用的方法是 控制变量法 。
(3)由实验得到小车的加速度a与力传感器示数F的关系如图乙所示。则小车与轨道的滑动摩擦力Ff＝ 1.0 N。
(4)小明同学不断增加沙子质量重复实验，发现小车的加速度最后会趋近于某一数值，从理论上分析可知，该数值应为 5 m/s2。
[解析] (1)拉力可以由力传感器来测出，不需要用天平测出沙和沙桶的质量，也就不需要使沙和沙桶的总质量远小于小车的质量，故A、B错误；打点计时器运用时，都是先接通电源，待打点稳定后再释放纸带，故C错误；该实验探究物体质量一定时加速度与力的关系，需要改变沙和沙桶的总质量，打出多条纸带，故D正确。
(2)控制变量法。
(3)根据牛顿第二定律得2F－Ff＝Ma，当a＝0时，Ff＝2F＝1.0 N。
(4)设细线的拉力为T，小车的加速度为a，则根据牛顿第二定律对沙和沙桶有mg－T＝2ma，对小车有2T－Ff＝Ma，联立解得a＝eq \f(2mg－1,M＋4m)＝eq \f(2g－\f(1,m),\f(M,m)＋4)，当m无穷大时a＝5 m/s2。
►考向2 实验方案的改进
做“探究加速度与力、质量的关系”实验时，图甲是教材中的实验方案；图乙是拓展方案，其实验操作步骤如下：
(1)实验获得如图所示的纸带，计数点a、b、c、d、e、f间均有四个点未画出，则在打d点时小车的速度大小vd＝ 0.19(0.18～0.19均可) m/s(保留两位有效数字)；
(2)需要满足条件M≫m的方案是 甲 (选填“甲”“乙”或“甲和乙”)；在作a－F图像时，把mg作为F值的是 甲和乙 (选填“甲”“乙”或“甲和乙”)。
[解析] (1)由题意知小车做匀加速直线运动，故vd＝eq \f(xce,2T)，将xce＝(36.10－32.40)cm＝3.70 cm，T＝0.1 s，代入得vd≈0.19 m/s；
(2)甲实验方案中：绳的拉力F满足：F＝Ma，且mg－F＝ma，
则F＝eq \f(mg,1＋\f(m,M))，只有m≪M时，F才近似等于mg，故以托盘与砝码的重力表示小车的合外力，需满足m≪M。乙实验方案中：小车沿木板匀速下滑，小车受绳的拉力及其他力的合力为零，且绳的拉力大小等于托盘与砝码的重力，取下托盘及砝码，小车所受的合外力大小等于托盘与砝码的重力mg，不需要满足m≪M。两个实验方案都可把mg作为F值。
►考向3 实验方法的迁移应用
(2023·贵州毕节统考三模)某同学受“探究加速度与力、质量的关系”的启示，设计了如图甲的实验装置，利用动力学方法测量砂桶中砂的质量。

主要实验步骤如下：
(1)平衡好摩擦力后，在砂桶中加入质量为m0的砂；
(2)接通传感器电源，释放小车，利用传感器测出对应的位移与时间(x－t)图像；
(3)在砂桶和砂质量不变的情况下，改变小车的质量，测量出不同的加速度。
①图乙是当小车质量为M＝0.2 kg时，运动过程中传感器记录下的x－t图像，由图可知，小车的加速度a＝ 2 m/s2。
②图丙为加速度a的倒数和小车质量M的eq \f(1,a)－M图像，利用题中信息求出砂的质量m0＝ 0.04 kg(已知砂桶的质量m＝0.01 kg，重力加速度g＝10 m/s2)。
[解析] (3)①小车做匀加速直线运动，根据动力学公式有x＝eq \f(1,2)at2
解得a＝2 m/s2。
②根据牛顿第二定律有T＝Ma
(m＋m0)g－T＝(m＋m0)a
解得m＝0.04 kg。