备考2024届高考物理一轮复习讲义第三章运动和力的关系实验四探究加速度与物体受力物体质量的关系命题点2实验装置和方案的创新

命题点2　实验装置和方案的创新3.[实验器材的创新/2023豫北名校定位考试]某同学探究质量一定时加速度与合外力的关系的实验装置如图（1）所示.请回答下列问题.（1）为保证实验测量的精确度，图（1）所示实验装置中需要调整的地方有　应适当垫高长木板左端，以平衡小车受到的阻力；弹簧测力计与小车之间的细线应与长木板平行　（要求写出两处）.（2）把实验装置完全调整好以后，闭合打点计时器开关，释放小车，读出弹簧测力计的示数F1.打点计时器打出一条纸带如图（2）所示.已知打点计时器使用的交流电频率为50Hz，相邻两个计数点之间还有4个点未画出.根据纸带上测量的数据算出加速度的大小为a1＝　2.60　m/s2（结果保留3位有效数字）.（3）保持小车质量不变，多次改变砂桶中细砂的质量，重复实验，记录每次弹簧测力计的示数F以及相应纸带的加速度a.根据实验数据作出小车的加速度a随弹簧测力计示数F变化的关系图像，如图（3）所示，则小车的质量M＝　0.175　kg（结果保留3位有效数字）.解析　（2）根据题意可知相邻两计数点间的时间间隔为T＝0.1s，根据Δx＝aT2可知加速度大小a1＝（11.72+14.34+16.92－3.95－6.50－9.13）×10－29×0.12m/s2＝2.60m/s2.（3）由牛顿第二定律有2F＝Ma，解得a＝2MF，结合图（3），可知2M＝5.70.5kg－1，解得M＝0.175kg. 4.[实验方案的创新/2024湖南长郡中学质检]在某次探究加速度与力、质量的关系的实验中，甲、乙、丙、丁四位同学分别设计了如图（1）所示的实验装置，小车总质量用M表示，重物质量用m表示.（1）为便于测量合力的大小，并得到小车总质量一定时，小车的加速度与所受合力成正比的结论，下列说法正确的是　BC　.（填选项前的字母）A.四组实验中只有甲需要平衡摩擦力B.四组实验都需要平衡摩擦力C.四组实验中只有甲需要满足所挂重物质量m远小于小车的总质量M的条件D.四组实验都需要满足所挂重物质量m远小于小车的总质量M的条件（2）按甲同学设计的装置完成实验，并根据实验得到的数据，画出小车的a－1M图像如图（2）所示，从图像中可以得出，当小车的质量为0.5kg时，它的加速度大小为　1.0　m/s2.（结果保留1位小数）（3）若乙、丙、丁三位同学发现某次测量中力传感器和弹簧测力计读数相同，通过计算得到小车加速度均为a，则乙、丙、丁同学实验时所用小车质量之比为　2：1：1　.解析　（1）四组实验中长木板都是水平放置，都需要平衡摩擦力，选项A错误，选项B正确；四组实验中，乙、丁都能用弹簧测力计测量绳的拉力，丙用力传感器测量绳的拉力，只有甲不能测量绳的拉力，用重物的重力替代绳的拉力，需要满足所挂重物质量m远小于小车的总质量M的条件，选项C正确，选项D错误. （2）根据牛顿第二定律得a＝F·1M，结合图（2）可知F＝0.20.4N＝0.5N，当小车的质量为0.5kg时，它的加速度大小为a1＝FM1＝0.50.5m/s2＝1.0m/s2.（3）乙、丙、丁同学实验时所用小车质量之比为M乙：M丙：M丁＝2Fa：Fa：Fa＝2：1：1.方法点拨创新方案的设计1.测量力的方案创新拉力传感器、弹簧测力计替代“近似等于小盘和砝码的总重力”.2.测量加速度的方案创新光电门、传感器（位移、速度、加速度等）替代打点计时器；气垫导轨替代长木板.