专题13 探究加速度与力、质量的关系（测）-2019年高考物理一轮复习讲练测 12页

‎ ‎ 第13讲 探究加速度与力、质量的关系——测 ‎【满分：110分 时间：90分钟】‎ 实验题 ‎1．（9分）为了探究加速度与力的关系，某同学设计了如图所示的实验装置，带滑轮的长木板水平放置，板上有两个光电门相距为d，滑块通过细线与重物相连，细线的拉力F大小等于力传感器的示数．让滑块从光电门1由静止释放，记下滑到光电门2的时间t.改变重物质量来改变细绳拉力大小，重复以上操作5次，计算后得到下表中的5组数据．‎ ‎(1)请根据表中数据在坐标纸上画出aF图象；‎ ‎(2)分析aF图象，可求出滑块质量m＝________kg，滑块和轨道间的动摩擦因数μ＝________(重力加速度g＝10 m/s2)‎ ‎【答案】 0.25 0.20‎ ‎【点睛】解决该题关键要掌握牛顿第二定律和运动学公式的应用，运用数学知识和物理量之间关系式结合起来求解。‎ ‎2．（9分）某实验小组的同学利用如图甲所示的装置“探究加速度与力、质量的关系”，其中小车和砂桶的质量分别为M、m，打点计时器所用的交流电源的频率为f。接通电源待打点计时器稳定时，由静止释放小车，通过打点计时器打下一条纸带，该小组的同学多次完成上述操作，并从其中选择了一条点迹清晰的纸带，如图乙所示。选出的计数点如图所示，其中相邻两计数点间还有4个点未标出，经测量计数点1、2、3、4、5、6距离O点的间距分别为d1、d2、d3、d4、d5、d6。由以上的测量回答下列问题：‎ ‎(1)根据纸带可求得小车的加速度大小为___________（用题中已给的字母表示）。‎ ‎(2)由本实验得到的数据作出小车的加速度a与拉力传感器的示数F的关系图象，与本实验相符合的是________。‎ ‎【答案】 A ‎【解析】（1）相邻两计数点之间的时间间隔，根据逐差法 可得小车的加速度大小，解得；‎ ‎（2）由于本实验利用拉力传感器可以直接读出细绳的拉力，所以不需要满足砂和砂桶的总质量远小于小车的质量，所以图像为过原点的倾斜的直线，故选项A正确，BCD错误。‎ 点睛：本题知道实验原理、实验注意事项、掌握逐差法求解加速度，注意求出计数点间的时间间隔。‎ ‎3．（9分）为了“探究质量一定时加速度与力的关系”，某同学设计了如图所示的实验装置。其中M 表示小车的质量，m表示砂和砂桶的质量。滑轮质量不计。‎ ‎(1)实验时，一定要进行的操作或保证的条件是：_________、________、________和_________。(填选项字母序号)‎ A．用天平测出质量M和m B．将带滑轮的长木板右端垫高，以平衡摩擦力 C．平衡摩擦力后，让小车靠近打点计时器，先接通电源再释放小车，打出纸带，同时记录弹簧测力计的示数F D．保证M不变，改变m，重复“步骤C”‎ E为减小实验误差，一定要保证m＜＜M F.选出其中点迹清晰的几条纸带，利用逐差法分别计算出每条纸带的加速度大小a，并记下对应的F ‎(2)该同学以弹簧测力计的示数F为横坐标，加速度a为纵坐标，画出的a-F图像是一条过原点的直线，这表明：质量一定时，加速度a与力F的关系是__________，若利用图线求得图线的斜率为k，则小车的质量M=__________。‎ ‎【答案】 （1）B； C； D； F； （2）a与F成正比； ；‎ ‎(2) 由牛顿第二定律得：，所以质量一定时，加速度a与力F的关系是a与F成正比；‎ a−F图象的斜率：，则小车的质量。‎ ‎4．（9分）如图是某同学验证牛顿第二定律的装置，他将质量分别为M1、M2(M2=M1)的两个重物(每个重物均有相同质量的n个钩码组成)用轻绳连接，放在光滑的轻质滑轮上这时系统处于静止状态。然后在轻绳上固定一个宽度为d的挡光片，在竖直立柱上相距为L的地方固定两个光电门，最后调整M1和M2的钩码个数，使M2向下加速运动，挡光片依次通过D1、D2光电门。‎ ‎(1)若挡光片通过光电门D1和D2的时间分别为t1和t2，则重物M2的加速度大小a=_________。(用字母d、t1、t2、L表示结果)‎ ‎(2)若验证系统的加速度与合力成正比，则下列做法可行的是________。‎ A．从M1中分别取1个、2个、3个……钩码，依次挂在M2下方 B．从M2中分别取1个、2个、3个……钓码，依次挂在M1下方 C．把M1中的钩码依次减少1个、2个、3个……‎ D．把M2中的钩码依次增加1个、2个、3个……‎ ‎(3)若验证系统的加速度与总质量成反比，则下列做法可行的是________。‎ A．把M1中的钩码减少1个、2个、3个……，同时把M2中的钩码对应减少0个、1个、2个……‎ B．把M1中的钩码增加1个、2个、3个……，同时把M2中的钩码对应增加2个、3个、4个……‎ C．把M1中的钩吗依次减少1个、2个、3个……‎ D．把M2中的钩码依次增加1个、2个，3个……‎ ‎【答案】 ； A； AB；‎ 点睛：此题考查验证牛顿第二定律的实验；关键是搞清实验的原理；知道此实验是采用控制变量法进行；‎ ‎5．（9分）某同学用如图甲所示的实验装置测量物块与木板间的动摩擦因数μ ‎。实验装置中表面粗糙的长木板固定在水平桌面上，一端装有轻滑轮，另一端固定有打点计时器，物块一端通过打点计时器与纸带相连。另一端通过细绳与托盘（内有砝码）相接，用天平测量物块的质量为M，托盘和砝码的总质量为m，实验时，调整轻滑轮，使细线水平，让物块在托盘和砝码的拉力作用下由静止开始运动，已知打点计时器所用交流电源的频率为f，物块运动过程中通过打点计时器得到一条纸带的一部分如图乙所示，图中测量出了三个连续点1、2、3之间的距离x1、x2。‎ ‎⑴已知当地的重力加速度大小为g，根据题目中给出的物理量的符号和实验测量的物理量的数据，写出动摩擦因数的表达式μ= ________________________（不计打点计时器与纸带间及细绳与滑轮间的阻力），如果用托盘和砝码的总重力替代细绳对物块拉力，则求出的动摩擦因数的数值 _______________ （选填“偏大”或“偏小”）由此引起的误差属于 __________________（选填“偶然误差”或“系统误差”）。‎ ‎⑵若用此装置做“探究物块的加速度与力的关系”的实验时，除了必须满足物块的质量远大于托盘和砝码的总质量，还必须进行的实验操作是____________________ 。‎ ‎【答案】 μ=； 偏大； 系统误差； 适当垫高长木板没有定滑轮的一端以平衡摩擦力；‎ ‎（2）做“探究物块的加速度与力的关系”的实验时，物块受到的拉力应为物块受到的合外力，应适当垫高长木板没有定滑轮的一端，用重力沿木板向下的分力平衡摩擦力。‎ ‎6．（9分）某物理课外小组利用图（a ‎）中的装置探究物体加速度与其所受合外力之间的关系。图中，置于实验台上的长木板水平放置，其右端固定一轻滑轮；轻绳跨过滑轮，一端与放在木板上的小滑车相连，另一端可悬挂钩码。本实验中可用的钩码共有N=5个，每个质量均为0.010 kg。实验步骤如下：‎ ‎（1）将5个钩码全部放入小车中，在长木板左下方垫上适当厚度的小物快，使小车（和钩码）可以在木板上 _______下滑（选填“加速”，“匀速”或“减速”）。‎ ‎（2）将n（依次取n=1，2，3，4，5）个钩码挂在轻绳右端，其余N－n个钩码仍留在小车内；用手按住小车并使轻绳与木板平行。释放小车，同时用传感器记录小车在时刻t相对于其起始位置的位移s，绘制s-t图像，经数据处理后可得到相应的加速度a。实验中__________（选填“需要”或“不需要”）满足钩码质量远远小于小车质量。‎ ‎（3）对应于不同的n的a值见下表。‎ ‎（4）利用表中的数据作出a-n图像，并求得该图像的斜率为。取重力加速度为。可得小车（空载）的质量为___________kg（小数点后面留两位。）‎ ‎【答案】 匀速 不需要 0.05‎ ‎【点睛】根据平衡摩擦力时的条件即可判断；因为小车和钩码（含车上放置和细绳末端所挂）的总质量一定，小车的加速度a与细绳末端所挂钩码的重力F始终成正比，故不需要满足钩码的质量远小于小车的质量，应用牛顿第二定律求出加速度的表达式，然后根斜率求出车的质量．‎ ‎7．（9分）如图甲所示，滑块上装有宽度为d（很小）的遮光条，将滑块从倾角为θ的粗糙斜面上某一位置释放，先后通过两个光电门，用光电计时器记录遮光条通过光电门1的时间Δt以及从光电门1运动到光电门2的时间t，用刻度尺测出两个光电门之间的距离x。实验时，保持光电门1的位置不动，只调节光电门2的位置，使滑块每一次都从斜面上的同一位置由静止释放，记录几组x及对应的时间t。已知重力加速度为g。‎ ‎⑴某同学作出—t图象如图乙所示，该图线是一条倾斜直线，则图线与纵轴交点的纵坐标值为__________（用题目中已知物理量表示），若图线的斜率为k，则滑块与斜面间的动摩擦因数μ=________（用g、θ、k表示）。‎ ‎⑵若将图乙的纵坐标改为滑块通过光电门2时的速度大小v，请你在图乙中作出v— t图象_____。‎ ‎【答案】 ⑴ ⑵如图所示；‎ 点睛：处理实验时一定要找出实验原理，根据实验原理我们可以寻找需要测量的物理量和需要注意的事项，同时掌握图象的斜率与加速度的关系是解题的关键。‎ ‎8．（9分）实验小组采用如图甲所示实验装置测量木块与木板间动摩擦因数μ，提供的器材有：带定滑轮的长木板，有凹槽的木块，质量为20g 的钩码若干，打点计时器，电源，纸带，细线等。实验中将部分钩码悬挂在细线下，剩余的钩码放在木块的凹槽中，保持长木板水平，利用打出的纸带测量木块的加速度。‎ ‎(1) 正确进行实验操作，得到一条纸带，从某个清晰的打点开始，依次标注0、1、2、3、4、5、6，分别测出位置0到位置3、位置6间的距离，如图乙所示。已知打点周期T=0.02s，则木块的加速度a＝__。‎ ‎(2) 将木块凹槽中的钩码逐个添加到细线下端，改变悬挂钩码的总质量m，测得相应的加速度a，作出a-m图象如图丙所示。已知当地重力加速度，则木块与木板间动摩擦因数μ=________。(保留两位有效数字)‎ ‎(3) 实验中________(选填“需要”或“不需要”)满足悬挂钩码总质量远小于木块和槽中钩码总质量。‎ ‎【答案】 3.33 0.34 不需要 ‎【点睛】物体做匀加速直线运动，相邻相等时间位移之差等于常数；由牛顿第二定律列方程，求出a与m的关系表达式，然后根据图象分析答题根据实验原理可判断出是否需要满足质量间的关系。‎ ‎9．（9分）甲、乙两位同学做“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”实验。‎ ‎（1）实验装置如图甲所示，打出了一条纸带如图乙所示，计时器所用交流电源的频率为50Hz，从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，量出相邻计数点之间的距离，该小车的加速度为_______________（结果保留两位有效数字）。‎ ‎（2）两同学各取一套图示的装置放在水平桌面上，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，分别得到如图丙中甲、乙两条直线，图线斜率为__________，则甲、乙用的小车与木板间的动摩擦因数的关系为___________（填“大于”“小于”或“等于”）。‎ ‎【答案】 0.15 小车质量的倒数 大于 ‎10．（9分）某实验小组利用如图甲所示的装置探究加速度与物体质量、物体受力的关系。‎ ‎(1)下列实验操作中，正确的是_________(填选项前面的字母).‎ A．牵引小车的细绳必须与长木板保持平行 B．实验中必须保证砝码桶的总质量远远小于小车的质量 C．将长木板没有滑轮的一端垫高，挂上砝码桶，直到小车能沿着木板匀速下滑 D．改变小车的质量时，需要重新平衡摩擦力，才能进行实验 ‎(2)按照正确的操作步骤，打出了一条纸带。计时器打点的时间间隔为0.02s。从比较清晰的点起，每五个点取一个计数点，测出相邻计数点之间的距离，如图乙所示。此时小车的加速度a=_________m/s2 (结果保留两位有效数字)。‎ ‎(3)某同学将装置放在水平桌面上，在没有平衡摩擦力的情况下，改变小车的质量，研究加速度a与拉力F的关系，分别得到图丙所示的A、B两条直线。若两次实验中小车的质量分别为mA、mB,由图可知，mA____mB (选填“>”“<”或“=”)。‎ ‎【答案】 A 0.17 <‎ 点睛：解答实验问题的关键是正确理解实验原理，加强基本物理知识在实验中的应用，同时不断提高应用数学知识解答物理问题的能力；掌握求加速度的方法，注意单位的统一，同时理解由图象来寻找加速度与合力的关系.‎ ‎11．（10分）在验证牛顿第二定律的实验中，某学习小组使用的实验装置如图甲所示：‎ ‎(1)由于没有打点计时器，该小组让小车由静止开始运动，发生位移x，记录时间t，则小车的加速度的表达式为a＝________。‎ ‎(2)指出该实验中的一个明显疏漏：_________________________________________。‎ ‎(3)纠正了疏漏之处后，保持小车的质量M不变，改变砂桶与砂的总重力F，多次实验，根据得到的数据，在图象中描点(如图乙所示)。结果发现右侧若干个点明显偏离直线，造成此误差的主要原因是________。‎ A．轨道倾斜不够 B．轨道倾斜过度 C．砂桶与砂的总重力太大 D．所用小车的质量太大 ‎(4)若不断增加砂桶中砂的质量，a F图象中各点连成的曲线将不断延伸，那么加速度的趋向值为________，绳子拉力的趋向值为________。‎ ‎【答案】 ； 没有平衡摩擦力； C； g； Mg ‎（4）因为钩码的重力在这个实验中充当小车所收到的合外力，当钩码的重力非常大时，它将带动小车近似做加速度为g 的运动．此时由于T=Ma 因此，拉力约为小车与发射器的总重力，即Mg。‎ ‎12．（10分）某同学利用如图甲所示的装置探究物体的加速度a与所受合力F的关系。‎ 图甲 ‎①打点计时器使用的电源是______（选填选项前的字母）。‎ A．交流电源 B．直流电源 ‎②他用小木块将长木板无滑轮的一端垫高，目的是平衡摩擦力。具体操作是：把木板垫高后，小车放在木板上，在不挂小桶且计时器______（选填“打点”或“不打点”）的情况下，轻推一下小车，若小车拖着纸带做匀速运动，表明已经消除了摩擦力和其它阻力的影响。‎ 实验时保持小桶和砝码的总质量远小于小车的质量，其目的是____（选填选项前的字母）。‎ A．小车所受的拉力近似等于小车所受的合力 B．小车所受的拉力近似等于小桶和砝码的总重力 C．保证小车运动的加速度不超过当地重力加速度 ‎③图乙是实验中得到的一条纸带，A、B、C、D、E、F、G为7个相邻的计数点，相邻的两个计数点之间还有四个点未画出。相邻的计数点之间的距离分别为： 。已知打点计时器的工作频率为50Hz，则小车的加速度a=________（结果保留两位有效数字）。‎ 图乙 ‎④另一位同学也利用图甲所示的装置做实验。他保持小桶和砝码的质量不变，改变放在小车中砝码的质量m，测出对应的加速度a。假设已经完全消除了摩擦力和其它阻力的影响。他没有测量小车的质量，而是以为纵坐标，m为横坐标，画出图像。从理论上分析，下列图像正确的是_______。‎ A B C D ‎【答案】 ① A ② 打点 B ③ 0.41~0.43 ④ B ‎【点睛】在“验证牛顿第二定律的实验”中要注意平衡摩擦力；同时要注意根据实验的原理和实验方法分析实验中的注意事项及实验结论；根据牛顿第二定律写出表达式可知图象的形状，即可求解。‎ ‎ ‎