实验四+探究加速度与力、质量的关系（押题专练）-2018年高考物理一轮复习精品资料 16页

实验四+探究加速度与力、质量的关系 1． 如图所示为“探究加速度与物体受力和质量的关系”的实验装置图．图中A为小车，B为装有砝码的小盘，C为一端带有定滑轮的长木板，小车通过纸带与电火花打点计时器相连，计时器接50 Hz交流电．小车的质量为m1，小盘(及砝码)的质量为m2.‎ ‎(1)下列说法正确的是(　　)‎ A．每次改变小车质量时，应重新平衡摩擦力 B．实验时应先释放小车后接通电源 C．本实验m2应远大于m1‎ D．在用图象探究加速度与质量关系时，应用a－图象 (2) 实验时，某同学由于疏忽，遗漏了平衡摩擦力这一步骤，他测量得到的a－F图象如图所示，可能是图中的图线______(填“甲”“乙”或“丙”)．‎ 解析：(2)当没有平衡摩擦力时，a－F图线不过原点，且a＝－，即a＝0时，F≠0，图线为丙．‎ 答案：(1)D　　(2)丙 ‎2．某同学利用图甲所示实验装置及数字化信息系统获得了小车加速度a与钩码的质量m的对应关系图，如图乙所示．实验中小车(含发射器)的质量为200 g，实验时选择了不可伸长的轻质细绳和轻定滑轮，小车的加速度由位移传感器及与之相连的计算机得到．回答下列问题：‎ ‎(1)根据该同学的结果，小车的加速度与钩码的质量成________(填“线性”或“非线性”)关系．‎ ‎(2)由图乙可知，a－m图线不经过原点，可能的原因是________．‎ ‎(3)若利用本实验装置来验证“在小车质量不变的情况下，小车的加速度与作用力成正比”的结论，并直接以钩码所受重力mg作为小车受到的合外力，则实验中应采取的改进措施是___________________，钩码的质量应满足的条件是______________．‎ 答案：(1)非线性　(2)存在摩擦力　(3)调节轨道的倾斜度以平衡摩擦力　远小于 小车的质量 ‎3．在“验证牛顿第二定律”的实验中，打出的纸带如图所示，相邻计数点间的时间间隔是T.‎ ‎(1)测出纸带各相邻计数点之间的距离分别为x1、x2、x3、x4，如图(a)所示，为使由实验数据计算的结果更精确一些，计算加速度平均值的公式应为a＝____________．‎ ‎(2)在该实验中，为验证小车质量M不变时，a与F成正比，小车质量M、沙及沙桶的质量m分别选取下列四组值．‎ A．M＝500 g，m分别为50 g、70 g、100 g、125 g B．M＝500 g，m分别为20 g、30 g、40 g、50 g C．M＝200 g，m分别为50 g、70 g、100 g、125 g D．M＝200 g，m分别为30 g、40 g、50 g、60 g 若其他操作都正确，那么在选用____组值测量时所画出的a－F图象较准确．‎ ‎(3)有位同学通过测量，作出a－F图象，如图(b)所示．试分析：‎ ‎①图象不通过原点的原因是_______________________．‎ ‎②图象上部弯曲的原因是_________________________．‎ ‎(3)分析实验误差出现的原因：①没有平衡摩擦力或摩擦力平衡不够；②未满足沙和沙桶的质量m远小于小车的质量M. 学 答案：(1)　(2)B　 (3)①没有平衡摩擦力或摩擦力平衡不够　②未满足沙和沙桶的质量m远小于小车的质量M ‎4．如图所示为“用DIS(位移传感器、数据采集器、计算机)研究加速度和力的关系”的实验装置．‎ ‎(1)在该实验中必须采用控制变量法，应保持__________不变，用钩码所受的重力作为______________，用DIS测小车的加速度．‎ ‎(2)改变所挂钩码的数量，多次重复测量．在某次实验中根据测得的多组数据可画出a－F关系图线(如图所示)．‎ ‎①分析此图线的OA段可得出的实验结论是_______________．‎ ‎②此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是(　　)‎ A．小车与轨道之间存在摩擦 B．导轨保持了水平状态 C．所挂钩码的总质量太大 D．所用小车的质量太大 答案：(1)小车的总质量(或小车的质量)　小车所受外力(或外力、合外力)‎ ‎(2)①在质量不变的条件下，加速度与合外力成正比 ‎②C ‎5．某实验小组利用弹簧秤和刻度尺，测量滑块在木板上运动的最大速度．‎ 实验步骤：‎ ‎①用弹簧秤测量橡皮泥和滑块的总重力，记作G；‎ ‎②将装有橡皮泥的滑块放在水平木板上，通过水平细绳和固定弹簧秤相连，如图甲所示．在A端向右拉动木板，待弹簧秤示数稳定后，将读数记作F；‎ ‎③改变滑块上橡皮泥的质量，重复步骤①②；‎ 实验数据如下表所示：‎ G/N ‎1.50‎ ‎2.00‎ ‎2.50‎ ‎3.00‎ ‎3.50‎ ‎4.00‎ F/N ‎0.59‎ ‎0.83‎ ‎0.99‎ ‎1.22‎ ‎1.37‎ ‎1.61‎ ‎④如图乙所示，将木板固定在水平桌面上，滑块置于木板上左端C处，细绳跨过定滑轮分别与滑块和重物P连接，保持滑块静止，测量重物P离地面的高度h；‎ ‎⑤滑块由静止释放后开始运动并最终停在木板上的D点(未与滑轮碰撞)，测量C、D间的距离s.‎ 图乙 完成下列作图和填空：‎ ‎(1)根据表中数据在给定坐标纸上作出F－G图线．‎ ‎(2)由图线求得滑块和木板间的动摩擦因数μ＝________(保留2位有效数字)．‎ ‎(3)滑块的最大速度v＝________(用h、s、μ和重力加速度g表示)．‎ 解析：(1)F－G图线如图所示．‎ 答案：(1)见解析图　 (2)0.40(0.38～0.42均正确)　 (3) ‎6．某探究学习小组的同学要验证“牛顿第二定律”，他们在实验室组装了一套如图所示的装置，水平轨道上安装两个光电门，小车上固定有力传感器和挡光板，细线一端与力传感器连接，另一端跨过定滑轮挂上砝码盘．实验首先保持轨道水平，通过调整砝码盘里砝码的质量让小车做匀速运动以平衡摩擦力，再进行后面的操作，并在实验中获得以下测量数据：小车、力传感器和挡光板的总质量M，平衡摩擦力时砝码和砝码盘的总质量m0，‎ 挡光板的宽度d，光电门1和2的中心距离s.‎ ‎(1)该实验________(填“需要”或“不需要”)满足砝码和砝码盘的总质量远小于车的质量．‎ ‎(2)实验需用游标卡尺测量挡光板的宽度d，如图所示，d＝________ mm.‎ ‎(3)某次实验过程：力传感器的读数为F，小车通过光电门1和2的挡光时间分别为t1、t2(小车通过光电门2后，砝码盘才落地)，已知重力加速度为g，则该实验要验证的表达式是________________．‎ 答案：(1)不需要　(2)5.50　‎ ‎(3)F＝M ‎7．为验证物体所受合外力一定时，加速度与质量成反比，同学们设计了如图a所示的装置来进行实验．在自制的双层架子上固定带有刻度标记的木板，架子放在水平桌面上．实验操作步骤如下：‎ ‎①适当调整装置，使装置不带滑轮的一端稍稍垫高一些．‎ ‎②在两个托盘中放入砝码，并使两托盘质量(含砝码)相同，且远小于小车的质量．连接小车的细线跨过定滑轮与托盘相连．‎ ‎③让两小车紧靠右边的挡板，小车前端在刻度尺上的读数如图a所示，‎ 并在甲车上放上砝码，同时释放两小车，当小车运动一段时间后，用手机对整个装置进行拍照．结合照片和小车的初始刻度标记，得到甲、乙两车运动的距离分别为s1、s2.‎ ‎④在甲车上逐渐增加砝码个数，重复步骤③.‎ ‎(1)本实验的原理是通过验证小车发生的位移与小车(含砝码)的质量成________关系，来验证合外力一定时加速度与质量成反比．‎ ‎(2)实验前将装置不带滑轮端稍稍垫高一些的目的是_________‎ ‎_____________________________________________________.‎ ‎(3)某次拍到乙车的照片如图b所示，则它通过的位移是________cm.‎ ‎(4)如果以为横坐标，以甲车(含砝码)的质量m甲为纵坐标，作出的图线如图c所示，则该直线斜率代表的物理量是__________，其大小为______________．‎ 答案：(1)反比 ‎ ‎(2)消除小车与木板之间摩擦力造成的影响 ‎ ‎(3) 42.0‎ ‎(4)小车乙的质量m乙　0.2 kg ‎8．某同学用如图实49甲所示的实验装置来“探究a与F、m之间的定量关系”。‎ 图实49‎ ‎(1)实验时，必须先平衡小车与木板之间的摩擦力。该同学是这样操作的：如图乙，将小车静止地放在水平长木板上，并连着已穿过打点计时器的纸带，调整木板右端的高度，接通电源，用手轻拨小车，让打点计时器在纸带上打出一系列________的点，说明小车在做________运动。‎ ‎(2)如果该同学先如(1)中的操作，平衡了摩擦力。以砂和砂桶的重力为F，在小车质量M保持不变情况下，不断往桶里加砂，砂的质量最终达到M，测小车加速度a，作aF的图像。如图丙图线正确的是________。‎ ‎(3)设纸带上计数点的间距为x1和x2。如图丁为用米尺测量某一纸带上的x1、x2的情况，从图中可读出x1＝3.10 cm，x2＝________ cm, 已知打点计时器的频率为50 Hz，由此求得加速度的大小a＝________ m/s2。‎ ‎(3)根据图像可知，x2＝5.50 cm，打点计时器的频率为50 Hz，每5个点取一个计数点，则T＝0.1 s，加速度的大小a＝＝m/s2＝2.40 m/s2‎ 答案：(1)点迹均匀　匀速　(2)C　(3)5.50　2.40‎ ‎9．在用图实410所示装置做“验证牛顿第二定律”的实验中：‎ ‎(1)甲同学在外力F一定的条件下，探究a与M的关系时，所得到的实验结果如下表：‎ 外力F＝0.1 N 次数n ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ 质量M/g ‎100‎ ‎140‎ ‎180‎ ‎200‎ ‎240‎ 加速度a/(m·s－2)‎ ‎1.00‎ ‎0.67‎ ‎0.53‎ ‎0.48‎ ‎0.40‎ 质量的倒数/kg－1‎ ‎10.00‎ ‎7.14‎ ‎5.56‎ ‎4.17‎ 图实410‎ ‎①请你完善表中数据，并在图实411中给出的坐标纸上画出a的图像；‎ 图实411‎ ‎②由图像可得到的结论是___________________________________________________。‎ ‎(2)乙同学在探究加速度与外力关系的实验中得到的aF图像如图实412，则该图像中图线不过原点的原因是___________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________，‎ 小车的质量为________kg(保留两位有效数字)。‎ 图实412‎ 答案：(1)①‎ 次数n ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ 质量M/g ‎100‎ ‎140‎ ‎180‎ ‎200‎ ‎240‎ 加速度a/(m·s－2)‎ ‎1.00‎ ‎0.67‎ ‎0.53‎ ‎0.48‎ ‎0.40‎ 质量的倒数/kg－1‎ ‎10.00‎ ‎7.14‎ ‎5.56‎ ‎5.00‎ ‎4.17‎ ‎②在外力一定的情况下，物体的加速度与质量成反比 ‎(2)木板倾角过大(或平衡摩擦力过度)　0.28(0.26～0.29均正确)‎ ‎10.如图实413所示是某同学探究加速度与力的关系的实验装置。他在气垫导轨上安装了一个光电门B。滑块上固定一遮光条，滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连，传感器下方悬挂钩码，每次滑块都从A处由静止释放。‎ 图实413‎ ‎(1)该同学用游标卡尺测量遮光条的宽度d，如图实414所示，则d＝ ________mm。‎ 图实414‎ ‎(2)实验时，将滑块从A位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门B的时间t，若要得到滑块的加速度，还需要测量的物理量是__________________；‎ ‎(3)下列不必要的一项实验要求是________。(请填写选项前对应的字母)‎ A．应使滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量 B．应使A位置与光电门间的距离适当大些 C．应将气垫导轨调节水平 D．应使细线与气垫导轨平行 ‎(4)改变钩码质量，测出对应的力传感器的示数F和遮光条通过光电门的时间t，通过描点作出线性图像，研究滑块的加速度与力的关系，处理数据时应作出________图像。(选填“t2F”“F”或“F”)‎ ‎(3)拉力是直接通过传感器测量的，故与小车质量和钩码质量大小关系无关，故A项不必要；应使A位置与光电门间的距离适当大些，有利于减小误差，故B项必要；应将气垫导轨调节水平，拉力才等于合力，故C项必要；要保持拉线方向与木板平面平行，拉力才等于合力，故D项必要；故选A。‎ ‎(4)由题意可知，该实验中保持小车质量M不变，因此有：v2＝2aL，‎ v＝，a＝，＝2L 所以研究滑块的加速度与力的关系，处理数据时应作出F图像。‎ 答案：　(1)2.30　(2)遮光条到光电门的距离L　(3)A　(4)F ‎11． “用DIS研究加速度与力的关系”的实验装置如图实415(a)所示，实验中用所挂钩码的重量作为细线对小车的拉力F。通过增加钩码的数量，多次测量，可得小车运动的加速度a和所受拉力F的关系图像。他们在轨道水平和倾斜的两种情况下分别做了实验，得到了两条aF图线。如图(b)所示。‎ 图实415‎ ‎(1)图线________(选填“①”或“②”)是在轨道右侧抬高成为斜面情况下得到的；‎ ‎(2)在轨道水平时，小车运动的阻力Ff＝________N；‎ ‎(3)图(b)中，拉力F较大时，aF图线明显弯曲，产生误差，为避免此误差，可采取的措施是________。‎ A．调整轨道的倾角，在未挂钩码时使小车能在轨道上匀速运动 B．在增加钩码数量的同时在小车上增加砝码，使钩码的总质量始终远小于小车的总质量 C．将无线力传感器捆绑在小车上，再将细线连在力传感器上，用力传感器读数代替钩码的重力 D．更换实验中使用的钩码规格，采用质量较小的钩码进行上述实验 ‎(3)由于开始段aF关系为一倾斜的直线，所以在质量不变的条件下，加速度与外力成正比；由实验原理：mg＝Ma得a＝＝，而实际上a′＝，可见图线明显偏离直线是由于没有满足M≫m造成的。所以更换实验中使用的钩码规格，采用质量较小的钩码进行上述实验，可以减小弯曲的程度，而将无线力传感器捆绑在小车上，再将细线连在力传感器上，用力传感器读数代替钩码的重力可以避免出现这种情况。故最佳的答案是C选项。‎ 答案：(1)①　(2)0.5　(3)C ‎12．(1)如图实416甲所示的装置由气垫导轨、两个光电门、滑块和砂桶等组成。光电门可以测出滑块分别通过两个光电门的时间Δt1和Δt2，导轨标尺可以测出两个光电门间的距离L，游标卡尺测量遮光片的宽度d，另用天平测出滑块和砂桶(装砂)的质量分别为M和m，回答下列问题：‎ 图实416‎ ‎(1)测量d时，某次游标卡尺(主尺的最小分度为1 mm)的示数如图乙所示，其读数为________ mm。‎ ‎(2)若用该装置来验证牛顿第二定律，以下说法不正确的是________。‎ A．该装置可以不平衡摩擦力也不需要将气垫导轨调节水平 B．如果气垫导轨水平则轻推滑块匀速滑动时，通过两个光电门的时间Δt1和Δt2必相等 C．实验时，多次在同一条件下重复实验取挡光片通过两光电门时间的平均值以减小偶然误差 ‎(3)该装置中滑块所受线的拉力F若用M、m、L、Δt1和Δt2表示，则F＝________。‎ ‎(4)通过计算比较发现滑块受到的线的拉力F与砂和砂桶的重力不相等且相差较大，是因为________________________________________________________________________。‎ ‎(4)没有满足M≫m 答案：(1)11.30　(2)A　(3) M ‎(4)没有满足M≫m ‎13．甲、乙两同学均设计了测动摩擦因数的实验。已知重力加速度为g。‎ 图实417‎ ‎(1)甲同学所设计的实验装置如图实417甲所示。其中A为一质量为M的长直木板，B为木板上放置的质量为m的物块，C为物块右端连接的一轻质弹簧测力计。实验时用力将A从B的下方抽出，通过C的读数F1即可测出动摩擦因数。则该设计能测出________(填“A与B”或“A与地面”)之间的动摩擦因数，其表达式为________。‎ ‎(2)乙同学的设计如图乙所示。他在一端带有定滑轮的长木板上固定有A、B两个光电门，与光电门相连的计时器可以显示带有遮光片的物块在其间的运动时间，与跨过定滑轮的轻质细绳相连的轻质测力计能显示挂钩处所受的拉力。实验时，多次改变砂桶中砂的质量，每次都让物块从靠近光电门A处由静止开始运动，读出多组测力计示数F及对应的物块在两光电门之间的运动时间t。在坐标系中作出F的图线如图丙所示，图线的斜率为k，与纵轴的截距为b，与横轴的截距为c。因乙同学不能测出小车质量，故该同学还应该测出的物理量为____________。根据该测量物理量及图线信息可知物块与木板之间的动摩擦因数表达式为________。‎ ‎(2)小车由静止开始做匀加速运动，位移x＝at2。‎ a＝ 根据牛顿第二定律得 对于物块，F合＝F－μmg＝ma 则：F＝＋μmg 则图线的斜率为：k＝2mx，纵轴的截距为b＝μmg；‎ k与摩擦力是否存在无关，小车与长木板间的动摩擦因数：μ＝＝。‎ 答案：(1)A与B　　(2)光电门A、B之间的距离x　 ‎ ‎