創(chuàng)新設(shè)計(jì)2017年高考物理專用一輪復(fù)習(xí)課件習(xí)題質(zhì)量檢測(cè)第3運(yùn)動(dòng)定律實(shí)驗(yàn)三

實(shí)驗(yàn)三 探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系注意事項(xiàng)實(shí)驗(yàn)方法：控制變量法。平衡摩擦力：在平衡摩擦力時(shí)，不要懸掛小盤，但小車應(yīng)連著紙帶且接通電源。用手給小車一個(gè)初速度，如果在紙帶上打出的點(diǎn)的間隔是均勻的，表明小車受到的阻力跟它的重力沿斜面向下的分力平衡。實(shí)驗(yàn)條件：只有滿足M m，小盤和砝碼的總重力才可視為小車 受到的拉力。一先一后一按?。焊淖兝托≤囐|(zhì)量后，每次開始時(shí)小車應(yīng)盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，并應(yīng)先接通電源，后放開小車，且應(yīng)在小車到達(dá)滑輪前按住小車。作圖：作圖時(shí)兩軸標(biāo)度比例要適當(dāng)，各量須采用國(guó)際單位，這 樣作圖線時(shí)，坐標(biāo)點(diǎn)間距不至于過(guò)密，誤差會(huì)小些。誤差分析因?qū)嶒?yàn)原理不完善引起的誤差：本實(shí)驗(yàn)用小盤和砝碼的總重 力mg代替小車的拉力，而實(shí)際上小車所受的拉力要小于小盤和砝碼的總重力。摩擦力平衡不準(zhǔn)確、質(zhì)量測(cè)量不準(zhǔn)確、計(jì)數(shù)點(diǎn)間距測(cè)量不準(zhǔn) 確、紙帶和細(xì)繩不嚴(yán)格與木板平行都會(huì)引起誤差。熱點(diǎn)一

實(shí)驗(yàn)原理與基本操作【例1】

在“探究加速度和力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，采用如圖1所示的裝置圖進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：圖1(1)實(shí)驗(yàn)中，需要在木板的右端墊上一個(gè)小木塊，其目的是

。(2)實(shí)驗(yàn)中，已經(jīng)測(cè)出小車的質(zhì)量為

M，砝碼(包括砝碼盤)的總質(zhì)量為

m，若要將砝碼(包括砝碼盤)的總重力大小作為小車所受拉力

F

的大小，這樣做的前提條件是

。

(3)在實(shí)驗(yàn)操作中，下列說(shuō)法正確的是

(填序號(hào))。A.求小車運(yùn)動(dòng)的加速度時(shí)，可用天平測(cè)出小盤和砝碼的質(zhì)量M′和m′，以及小車質(zhì)量M，直接用公式a＝M′＋m′Mg

求出B.實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，再放開小車C.每改變一次小車的質(zhì)量，都需要改變墊入的小木塊的厚度D.先保持小車質(zhì)量不變，研究加速度與力的關(guān)系；再保持小車受力不變，研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系，最后歸納出加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系解析

(1)本實(shí)驗(yàn)?zāi)景灞砻娌豢赡芄饣?，摩擦力?huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，所以要平衡摩擦力。M＋m(2)根據(jù)牛頓第二定律得，mg＝(M＋m)a，解得

a＝

mg

，則繩M＋m1＋mM子的拉力

F＝Ma＝

Mmg

＝

mg

，可知當(dāng)砝碼(包括砝碼盤)的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量時(shí)，小車所受的拉力等于砝碼(包括砝碼盤)的總重力，所以應(yīng)滿足的條件是砝碼(包括砝碼盤)的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量。(3)本實(shí)驗(yàn)的目的是：探究加速度和力、質(zhì)量的關(guān)系，所以不能把牛頓第二定律當(dāng)成已知的公式來(lái)使用，故A錯(cuò)誤；使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，都應(yīng)該先接通電源，后釋放紙帶，故B正確；平衡摩擦力后μ＝tanθ，與重物的質(zhì)量無(wú)關(guān)，所以不用再次平衡摩擦力，故C錯(cuò)誤；本實(shí)驗(yàn)采用控制變量法，故D正確。答案

(1)平衡摩擦力

(2)m

M

(3)BD【變式訓(xùn)練】1.在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”時(shí)采用如圖2所示的實(shí)驗(yàn)裝置，小車及車中砝碼質(zhì)量為M，砂桶及砂的質(zhì)量為m。圖2(1)若已平衡摩擦力，在小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，繩的張力大小FT＝

，當(dāng)M與m的大小滿足

時(shí)，才可認(rèn)為繩子對(duì)小車的拉力大小等于砂和砂桶的重力。(2)某同學(xué)在保持砂和砂桶質(zhì)量m

一定的條件下，探究小車加速度

a

與質(zhì)量

M

的關(guān)系，其具體操作步驟如下，則做法合理的有(

)平衡摩擦力時(shí)，砂桶應(yīng)用細(xì)線通過(guò)定滑輪系在小車上且小車后面的紙帶也必須連好每次改變小車質(zhì)量M

時(shí)，都需要重新平衡摩擦力實(shí)驗(yàn)時(shí)，先接通計(jì)時(shí)器的電源，再放開小車MD.用天平測(cè)出m

及M，直接用公式a＝mg求出小車運(yùn)動(dòng)的加速度解析

(1)由牛頓第二定律知：對(duì)小車有

FT＝Ma，對(duì)砂和砂桶有T

TM＋m

1＋m/Mmg－F

＝ma，所以

F

＝

Mmg

＝

mg

，可見(jiàn)當(dāng)

M

m

時(shí)，F(xiàn)T≈mg。(2)平衡摩擦力時(shí)，應(yīng)在不掛砂桶的情況下讓小車帶著紙帶勻速下滑來(lái)平衡摩擦力，A

錯(cuò)誤；每次改變小車質(zhì)量M

時(shí)，不需要重新平衡摩擦力，B

錯(cuò)誤；實(shí)驗(yàn)時(shí)，先接通計(jì)時(shí)器的電源，再放開小車，C

正確；小車運(yùn)動(dòng)的加速度必須由紙帶上的測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算得到，D

錯(cuò)誤。答案

(1)mg1＋m/MM

m

(2)C熱點(diǎn)二

數(shù)據(jù)處理及誤差分析【例2】

一小組的同學(xué)用如圖3所示裝置做“探究物體質(zhì)量一定時(shí)，加速度與力的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)。圖3(1)下列說(shuō)法正確的有

。A.平衡摩擦力時(shí)，用細(xì)線一端掛空砝碼盤，另一端與小車相連，將木板適當(dāng)傾斜，使小車在木板上近似做勻速直線運(yùn)動(dòng)B.每次改變砝碼及砝碼盤總質(zhì)量之后，應(yīng)重新平衡摩擦力

C.應(yīng)讓砝碼及砝碼盤總質(zhì)量遠(yuǎn)大于小車及里面鉤碼的總質(zhì)量D.砝碼及砝碼盤總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車及里面鉤碼總質(zhì)量時(shí)，可以近似認(rèn)為小車受到的拉力等于砝碼及砝碼盤的重力(2)圖4甲為實(shí)驗(yàn)中按規(guī)范操作打出的一條紙帶的一部分。從比較清晰的點(diǎn)跡起，在紙帶上標(biāo)出了連續(xù)的5個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)A、B、C、D、

E，相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)之間都有4個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)沒(méi)有標(biāo)出，用刻度尺分別測(cè)量出A點(diǎn)到B、C、D、E的距離如圖4所示，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接

在頻率為50

Hz的交流電源上，則此次實(shí)驗(yàn)中小車運(yùn)動(dòng)加速度的

測(cè)量值a＝

m/s2。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)圖4(3)某同學(xué)平衡摩擦力后，改變砝碼盤中砝碼的質(zhì)量，分別測(cè)量出小車的加速度a。以砝碼盤及砝碼的重力F為橫坐標(biāo)，以小車的加速度a為縱坐標(biāo)，得到如圖乙所示的a－F圖線，則圖線不通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的主要原因是

。解析

(1)平衡摩擦力時(shí)，應(yīng)將細(xì)線從小車上取下，輕輕推動(dòng)小車，使小車沿木板運(yùn)動(dòng)，通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出來(lái)的紙帶判斷小車是否勻速運(yùn)動(dòng)，A錯(cuò)誤；每次改變砝碼及砝碼盤總質(zhì)量之后，不需要

重新平衡摩擦力，B錯(cuò)誤；應(yīng)讓砝碼及砝碼盤總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車及里面鉤碼的總質(zhì)量，C錯(cuò)誤；砝碼及砝碼盤總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車及里面鉤碼的總質(zhì)量時(shí)，可以近似認(rèn)為小車受到的拉力等于砝碼及砝碼盤的重力，D正確。CE－AC

0.229

0－0.090

2－0.090

2a＝

＝

m/s2＝1.2

m/s2。（2T）2

（2×0.1）2當(dāng)F＝0時(shí)，a≠0，也就是說(shuō)當(dāng)細(xì)線上沒(méi)有拉力時(shí)，小車就有加速度，這是平衡摩擦力時(shí)木板傾角θ偏大，即平衡摩擦力過(guò)度引起的。答案

(1)D

(2)1.2

(3)平衡摩擦力過(guò)度【變式訓(xùn)練】2.如圖5所示為某同學(xué)探究加速度與力和質(zhì)量關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置，兩個(gè)相同質(zhì)量的小車放在光滑水平板上，前端各系一條細(xì)繩，繩的一端跨過(guò)定滑輪各掛一個(gè)小盤，盤中可放砝碼。兩小車后端各系一條細(xì)繩，一起被夾子夾著使小車靜止。打開夾子，兩小車同時(shí)開始運(yùn)動(dòng)；關(guān)上夾子，兩小車同時(shí)停下來(lái)，用刻度尺測(cè)出兩小車的位移，下表是該同學(xué)在幾次實(shí)驗(yàn)中記錄的數(shù)據(jù)。圖5實(shí)驗(yàn)次數(shù)車號(hào)小車質(zhì)量(g)小盤質(zhì)量(g)車中砝碼質(zhì)量(g)盤中砝碼質(zhì)量(g)小車位移(cm)1甲50100015乙5010010302甲501001027.5乙50105010143甲50100018乙50101010請(qǐng)回答下述問(wèn)題：(1)在每一次實(shí)驗(yàn)中，甲、乙兩車的位移之比等于

之比，請(qǐng)簡(jiǎn)要說(shuō)明實(shí)驗(yàn)原理：

；第一次實(shí)驗(yàn)控制了

不變，在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)可得出的結(jié)論是

；第二次實(shí)驗(yàn)控制了

不變，在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)可得出的結(jié)論是

；

(4)第三次實(shí)驗(yàn)時(shí)，該同學(xué)先測(cè)量了甲車的位移，再根據(jù)前兩次實(shí)驗(yàn)結(jié)論，計(jì)算出乙車應(yīng)該發(fā)生的位移，然后再測(cè)量了乙車的位移，結(jié)果他高興地發(fā)現(xiàn)，理論的預(yù)言與實(shí)際符合得相當(dāng)好。請(qǐng)問(wèn)，他計(jì)算出的乙車的位移應(yīng)該是

。解析

(1)由于兩車運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同，由

x＝1

，知甲、乙兩車的2at2位移之比等于加速度之比，即x

甲∶x

乙＝a

甲∶a

乙。第一次實(shí)驗(yàn)中控制小車質(zhì)量不變，在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)，小車加速度與拉力成正比。第二次實(shí)驗(yàn)中控制小車所受拉力不變，在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)小車加速度與質(zhì)量成反比。(4)＝a甲

F甲/m甲a乙

F乙/m乙3＝5，x甲

a甲x乙

a乙3＝

＝5，得x

乙＝30

cm。(2)小車質(zhì)量；小車加速度與拉力成答案

(1)加速度；見(jiàn)解析正比(3)小車所受拉力；小車加速度與質(zhì)量成反比

(4)30

cm熱點(diǎn)三

實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新以本實(shí)驗(yàn)為背景，通過(guò)改變實(shí)驗(yàn)條件、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)置題目，不脫離教材而又不拘泥教材，體現(xiàn)開放性、探究性、設(shè)計(jì)性等特點(diǎn)。視角1

實(shí)驗(yàn)器材的改進(jìn)――→視角2

數(shù)據(jù)測(cè)量的改進(jìn)視角3

實(shí)驗(yàn)的拓展延伸以“驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律”為背景測(cè)量物塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)。【例3】

（2014·新課標(biāo)全國(guó)卷Ⅰ）某同學(xué)利用圖6甲所示實(shí)驗(yàn)裝

置及數(shù)字化信息系統(tǒng)獲得了小車加速度a與鉤碼的質(zhì)量m的對(duì)應(yīng)

關(guān)系圖，如圖乙所示。實(shí)驗(yàn)中小車（含發(fā)射器）的質(zhì)量為200

g，實(shí)驗(yàn)時(shí)選擇了不可伸長(zhǎng)的輕質(zhì)細(xì)繩和輕定滑輪，小車的加速度

由位移傳感器及與之相連的計(jì)算機(jī)得到。回答下列問(wèn)題：圖6根據(jù)該同學(xué)的結(jié)果，小車的加速度與鉤碼的質(zhì)量成(填“線性”或“非線性”)關(guān)系。由圖乙可知，

a

－

m

圖線不經(jīng)過(guò)原點(diǎn)，

可能的原因是

。若利用本實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)驗(yàn)證“在小車質(zhì)量不變的情況下，小車的加速度與作用力成正比”的結(jié)論，并直接以鉤碼所受重力mg作為小車受到的合外力，則實(shí)驗(yàn)中應(yīng)采取的改進(jìn)措施是

，鉤碼的質(zhì)量應(yīng)滿足的條件是

。解析

(1)把圖乙中的點(diǎn)用平滑線連接后，可以看出，a－m圖線是曲線即非線性。(2)由圖象可知，小車受到鉤碼的拉力作用，但加速度仍為零，可能的原因是小車還受到摩擦力的作用。(3)改進(jìn)措施：第一圖線不過(guò)原點(diǎn)，要平衡摩擦力，所以調(diào)整軌道的傾斜度；第二，要使小車受到合外力等于鉤碼的重力，要求鉤碼質(zhì)量不能太大，即遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量。答案(1)非線性(2)存在摩擦力(3)調(diào)整軌道傾斜度以平衡摩擦力遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量【變式訓(xùn)練】3.圖7為測(cè)量物塊與水平桌面之間動(dòng)摩擦因數(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。實(shí)驗(yàn)步驟如下：圖7①用天平測(cè)量物塊和遮光片的總質(zhì)量M，重物的質(zhì)量m，用游標(biāo)卡尺測(cè)量遮光片的寬度d，用米尺測(cè)量?jī)晒怆婇T之間的距離x；②調(diào)整輕滑輪，使細(xì)線水平；③讓物塊從光電門A

的左側(cè)由靜止釋放，用數(shù)字毫秒計(jì)分別測(cè)出遮光片經(jīng)過(guò)光電門A

和光電門B

所用的時(shí)間ΔtA

和ΔtB，求出加速度a；—④多次重復(fù)步驟③，求a

的平均值a；⑤根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)求出動(dòng)摩擦因數(shù)μ?；卮鹣铝袉?wèn)題：(1)

測(cè)量

d時(shí)，某次游標(biāo)卡尺(主尺的最小分度為

1mm)的示數(shù)如圖

8

所示。其讀數(shù)為

cm。圖8(2)物塊的加速度

a

可用

d、x、ΔtA和

ΔtB表示為

a＝

?！?jiǎng)幽Σ烈驍?shù)

μ

可用

M、m、a和重力加速度

g

表示為

μ＝

。如果細(xì)線沒(méi)有調(diào)整到水平，由此引起的誤差屬于(填“偶然誤差”或“系統(tǒng)誤差”)。解析

(1)d＝0.9

cm＋12×0.05

mm＝0.960

cmA(2)因?yàn)?/p>

v

＝Bd

dΔtA

ΔtBB2

2A，v

＝

，又由

2ax＝v

－v

，得

a＝

1[(

d

)2－(

d

)2]2x

ΔtB

ΔtA－

－兩式聯(lián)立得μ＝(3)設(shè)細(xì)線上的拉力為FT，則mg－FT＝ma，F(xiàn)T－μMg＝Ma—mg－（M＋m）a

Mg(4)細(xì)線沒(méi)有調(diào)整到水平，屬于實(shí)驗(yàn)方法粗略，這樣會(huì)引起系統(tǒng)誤差。BA1

d

2

d

2答案

(1)0.960

(2)2x[(Δt

)

－(Δt

)

](3)mg－（M＋m）a—Mg(4)系統(tǒng)誤差1.(2016·江西重點(diǎn)中學(xué)聯(lián)考)(1)我們已經(jīng)知道，物體的加速度a同時(shí)跟合外力F和質(zhì)量M兩個(gè)因素有關(guān)。要研究這三個(gè)物理量之間的定量關(guān)系，需采用的思想方法是

。圖9(2)某同學(xué)的實(shí)驗(yàn)方案如圖9所示，她想用砂桶的重力表示小車受到的合外力F，為了減少這種做法帶來(lái)的實(shí)驗(yàn)誤差，她先做了兩方面的調(diào)整措施：①用小木塊將長(zhǎng)木板無(wú)滑輪的一端墊高，目的是

。②使砂桶的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量，目的是使拉小車的力近似等于

。(3)該同學(xué)利用實(shí)驗(yàn)中打出的紙帶求加速度時(shí)，處理方案有兩種：t2A.利用公式a＝2x計(jì)算ΔxB.根據(jù)逐差法利用a＝

T2

計(jì)算兩種方案中，選擇方案

比較合理。解析

(1)實(shí)驗(yàn)研究這三個(gè)物理量之間關(guān)系的思想方法是控制變量法。用小木塊將長(zhǎng)木板無(wú)滑輪的一端墊高，目的是平衡摩擦力，只有在滿足砂桶的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量時(shí)，拉力才可近似等于砂桶的重力。計(jì)算加速度時(shí)，用逐差法誤差較小。答案

(1)控制變量法

(2)平衡摩擦力

砂桶的重力

(3)B某實(shí)驗(yàn)小組在實(shí)驗(yàn)室探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系。甲同學(xué)在小車所受合外力不變時(shí)，改變小車的質(zhì)量，得到數(shù)據(jù)如下表所示：實(shí)驗(yàn)次數(shù)小車質(zhì)量m/kg小車加速度a/(m·s－2)小車質(zhì)量的倒數(shù)1

/kg－1m10.200.785.0020.400.382.5030.600.251.6740.800.201.2551.000.161.00圖10a.根據(jù)表中數(shù)據(jù)，在圖10

甲所示的坐標(biāo)系中描出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)

1據(jù)點(diǎn)，并作出a－m圖象。

1b.由a－m圖象，可得出的結(jié)論為

。c.小車受到的合外力大約為

。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(2)乙同學(xué)在保持小車質(zhì)量不變的情況下，通過(guò)多次改變對(duì)小車的拉力，由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出

a－F

圖象如圖乙所示，圖線不過(guò)原點(diǎn)的原因是

，小車的質(zhì)量為

kg。解析

(1)c.由牛頓第二定律

F＝ma

得，a＝F，即圖線的斜率等m0.78－0.20于小車所受的合外力，大小為

F＝5.00－1.25

N≈0.15

N。(2)由圖乙可知拉力等于零時(shí)，小車加速度不等于零，故木板傾m角過(guò)大；由牛頓第二定律F＝ma

得a＝F·1

，即圖線的斜率等于2.2－0.2小車質(zhì)量的倒數(shù)，小車質(zhì)量大小為

m＝

4

kg＝2

kg。

1答案

(1)a.a－m圖象如圖所示

b.在物體所受合外力不變時(shí)，物體的加速度與質(zhì)量成反比

c.0.15

N(2)木板傾角過(guò)大

23.某同學(xué)利用如圖11甲所示的裝置探究“小車的加速度與所受合外力的關(guān)系”，具體實(shí)驗(yàn)步驟如下：圖11按照?qǐng)D示安裝好實(shí)驗(yàn)裝置，掛上砂桶(含少量砂子)；調(diào)節(jié)長(zhǎng)木板的傾角，輕推小車后，使小車沿長(zhǎng)木板向下運(yùn)動(dòng)，且通過(guò)兩個(gè)光電門的時(shí)間相等；取下細(xì)繩和砂桶，測(cè)量砂子和桶的總質(zhì)量m，并記下；保持長(zhǎng)木板的傾角不變，不掛砂桶，將小車置于靠近滑輪的位置，由靜止釋放小車，記錄小車先后通過(guò)光電門甲和乙時(shí)顯示的時(shí)間；重新掛上細(xì)繩和砂桶，改變砂桶中砂子的質(zhì)量，重復(fù)B、C、D步驟。若砂桶和砂子的總質(zhì)量為m，小車的質(zhì)量為M，重力加速度為g，則步驟D中小車加速下滑時(shí)所受合力大小為