《高考物理一轮复习考点扫描》专题3.11 实验：探究加速度与力和质量的关系（解析版）

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2021 年一轮考点扫描微专题

专题 3.11 实验：探究加速度与力和质量的关系

目录................................................................................................................................................................... 1

【考点扫描】........................................................................................................................................................... 1

一　实验原理与操作....................................................................................................................................... 1

二　数据处理与误差分析................................................................................................................................ 1

三　实验拓展与创新....................................................................................................................................... 2

【典例分析】........................................................................................................................................................... 2

【专题精练】........................................................................................................................................................... 9

【考点扫描】

一　实验原理与操作

本实验的难点是测量小车的合力，实验通过两个“替代”关系测量小车的合力，使小车合力的测量转化为

对悬挂物重力的测量．

1．平衡摩擦力——用小车所受的拉力替代合力

小车受力为重力、拉力、阻力、支持力，平衡摩擦力后，使重力、阻力和支持力的合力为零，则小车所受

的拉力等于小车的合力．

2．小车质量(M)远大于悬挂物质量(m)——用悬挂物重力替代小车所受的拉力

由牛顿第二定律：系统加速度 a＝g，

小车所受的拉力 F＝Ma＝M＝mg，显然，当 M≫m时F≈mg.

二　数据处理与误差分析

本实验的偶然误差主要由质量的测量、计数点间距测量引起，可通过多次测量取平均值减小误差．本实验

的系统误差主要由两个因素产生，分析如下：

1．平衡摩擦力不准造成的误差

图线 aF 不通过原点，分两种情况：

(1)当平衡摩擦力不够时，F≠0，a＝0.

(2)当平衡摩擦力过度时，F＝0，a≠0.

2．由于不满足 M≫m引起的误差

图线 aF 和a都向下弯曲，分析：

(1)在aF 图象中，根据 a＝mg，M一定，当满足 M≫m时，图线斜率视为不变，图线为直线．不满足 M≫m

时，随着 m增大，图线斜率减小，图线向下弯曲．

(2)在a图象中，根据 a＝mg＝·，m一定，当满足 M≫m时，图线斜率视为 mg 不变，图线为直线，不满足

M≫m时，随着 M减小，图线斜率减小，图线向下弯曲．

三　实验拓展与创新

创新角

度实验装置图创新解读

实验原

理的创

新

1.利用力传感器可得轻绳上拉力大小

2.将探究加速度与合力的关系转化为探

究加速度与力传感器的示数的关系

实验器

材的创

新

利用位移传感器与计算机相连，直接

得出小车的加速度

1.用光电门代替打点计时器，结合遮光

条的宽度可测滑块的速度

2.利用气垫导轨代替长木板，无需平衡

摩擦力

3.由力传感器测滑块的拉力，无需满足

m≪M

实验目

的

的迁移

1.通过弹簧测力计测出细线拉力，通过

增减钩码个数改变拉力大小

2．结合牛顿第二定律得出物块与水平

桌面间的动摩擦因数

【典例分析】

【例 1】(2020·四川绵阳市高中高三上学期第二次诊断)某实验小组利用图示的装置探究加速度与力、质量

的关系．

(1)下列做法正确的是________(填字母代号)．

A．调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行

B．在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上

C．实验时，先放开木块再接通打点计时器的电源

D．通过增减木块上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度

(2)为使砝码桶及桶内砝码的总重力在数值上近似等于木块运动时受到的拉力，应满足的条件是砝码桶及桶

内砝码的总质量________木块和木块上砝码的总质量．(选填“远大于”“远小于”或“近似等于”)

(3)甲、乙两同学在同一实验室，各取一套图示的装置放在水平桌面上，木块上均不放砝码，在没有平衡摩

擦力的情况下，研究加速度 a与拉力 F的关系，分别得到图中甲、乙两条直线．设甲、乙用的木块质量分

别为m甲、m乙，甲、乙用的木块与木板间的动摩擦因数分别为μ甲、μ乙，由图可知，m甲________m乙，μ甲

________μ乙．(选填“>”“<”或“＝”)

【思路探究】对第(1)问，要保证绳拉木块的力为木块受的合力；对第(2)问，应用牛顿第二定律求出绳拉

木块的力的表达式，再分析在什么条件下，该拉力约等于砝码及桶的总重力；对第(3)问，应先写出函数表

达式，再分析 m甲与m乙，μ甲与μ乙的关系．

【答案】：(1)AD　(2)远小于　(3)<　>

【解析】：(1)实验中细绳要保持与长木板平行，选项 A正确；平衡摩擦力时不能将装有砝码的砝码桶通过

细绳绕过滑轮拴在木块上，选项 B错误；实验时应先接通电源再放开木块，选项 C错误；平衡摩擦力后，

改变木块上的砝码的质量时不需要重新平衡摩擦力，选项 D正确．(2)对砝码桶：mg－F＝ma，对木块：F

＝Ma，联立解得 a＝，绳的拉力 F＝Ma＝M＝mg，可见，当砝码桶和桶内砝码的质量 m远小于木块和木块

上砝码的总质量 M时，可得 F≈mg.(3)不平衡摩擦力，则 F－μMg＝Ma，a＝－μg，图线斜率大的木块质量

小，纵轴截距绝对值大的动摩擦因数大，因此m甲<m乙，μ甲>μ乙．

【规律方法】 (1)在分析 a-F 图线不过原点的问题时，若F≠0 而a＝0，表明实验小车受到摩擦力作用；若

F＝0而a≠0，表明平衡摩擦力过度．

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