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1教材原型实验

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(用阻力补偿法探究加速度与力、质量的关系)某物理兴趣小组用如图甲所示的装置探究加速度与力、质量的关系。
(1)下面是实验操作步骤，请你整理出正确的操作顺序，从先到后依次是 CADBE 。
A．抬高长木板一端平衡摩擦力，让小车做匀速直线运动；
B．接通电源后释放小车，使小车在细线的拉动下运动，测出槽码的重力mg作为细线对小车的拉力F，利用纸带测量出小车的加速度a；
C．将纸带穿过打点计时器并将一端固定在小车上；
D．把细线的一端固定在小车上，另一端通过定滑轮与槽码相连；
E．更换纸带，通过改变槽码的个数改变小车所受的拉力，重复步骤B的操作。
(2)实验中打出的纸带如图乙所示，相邻计数点间的时间间隔为0.1 s，纸带上只测出了两组数据，图中长度单位为cm，由此可以算出小车运动的加速度大小a＝ 2 m/s2。
(3)实验得到的理想a－F图像应是一条过原点的直线，但由于实验误差影响，常出现如图丙所示的三种情况，图线①产生的原因是不满足槽码的总质量远 小于 (填“小于”或“大于”)小车的质量的条件；图线②产生的原因是平衡摩擦力时长木板的倾角过 大 (填“小”或“大”)；图线③产生的原因是平衡摩擦力时长木板的倾角过 小 (填“小”或“大”)。
[解析] (1)按照实验原理，题中五个步骤的先后顺序应该为CADBE。
(2)由Δx＝aT2
得(7.1－1.1)×10－2 m＝3aT2
解得a＝2 m/s2。
(3)实验中认为槽码的总重力等于绳的拉力F，
则加速度a＝eq \f(mg,M＋m)
当m≪M时，图线是直线，所以图线①的上部弯曲的原因是当小车受拉力F较大时，不满足槽码的总质量远小于小车的质量的条件；
图线②在a轴的截距大于0，产生原因是平衡摩擦力时长木板的倾角过大，拉力F＝0(即不挂槽码)时小车就具有了加速度；
图线③在F轴的截距大于0，产生原因是平衡摩擦力时长木板的倾角过小，只有当拉力F增加到一定值时，小车才获得加速度。
(通过位移之比测量加速度之比)在“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”实验中，做如下探究：
(1)为猜想加速度与质量的关系，可利用图1所示装置进行对比实验。两小车放在水平板上，前端通过钩码牵引，后端各系一条细线，用板擦把两条细线按在桌上，使小车静止。抬起板擦，小车同时运动，一段时间后按下板擦，小车同时停下。对比两小车的位移，可知加速度与质量大致成反比。关于实验条件，下列正确的是： B (选填选项前的字母)。
A．小车质量相同，钩码质量不同
B．小车质量不同，钩码质量相同
C．小车质量不同，钩码质量不同
(2)某同学为了定量验证(1)中得到的初步关系，设计实验并得到小车加速度a与质量M的7组实验数据，如下表所示。在图2所示的坐标纸上已经描好了6组数据点，请将余下的一组数据描在坐标纸上，并作出a－eq \f(1,M)图像。 图见解析图甲
(3)在探究加速度与力的关系实验之前，需要思考如何测“力”。请在图3中画出小车受力的示意图。 图见解析图乙
为了简化“力”的测量，下列说法正确的是： A (选填选项前的字母)。
A．使小车沿倾角合适的斜面运动，小车受力可等效为只受绳的拉力
B．若斜面倾角过大，小车所受合力将小于绳的拉力
C．无论小车运动的加速度多大，砂和桶的重力都等于绳的拉力
D．让小车的运动趋近于匀速运动，砂和桶的重力才近似等于绳的拉力
[解析] (1)为猜想加速度与质量的关系，必须控制小车所受拉力相同，而让小车的质量不同，所以钩码质量相同，故B正确。
(2)根据表中数据计算出eq \f(1,M)的值，然后描点。作图时，应画一条直线，使直线过尽量多的点，不能落在线上的点应大致均匀分布在线的两侧。a－eq \f(1,M)图像如图甲所示。
(3)小车受力示意图如图乙所示。使小车沿倾角合适的斜面运动，此时小车所受重力沿斜面的分力大小刚好等于小车所受的摩擦力大小，则小车所受的合力可等效为只受绳的拉力，故A正确；若斜面倾角过大，则小车的重力沿斜面的分力大于摩擦力，小车所受合力将大于绳的拉力，故B错误；由牛顿第二定律可知，只要小车加速运动，砂和桶的重力就大于绳的拉力，故C错误；除让小车的运动趋近于匀速运动外，当小车的质量远大于砂和桶的质量时，砂和桶的重力也近似等于绳的拉力，故D错误。次数
1
2
3
4
5
6
7
a/(m·s－2)
0.62
0.56
0.48
0.40
0.32
0.24
0.15
M/kg
0.25
0.29
0.33
0.40
0.50
0.71
1.00