高考物理一輪復(fù)習(xí) 實(shí)驗(yàn)4 探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系高效演練（含解析）-人教版高三物理試題

探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系1．(2013·全國卷Ⅰ·22)圖(a)為測量物塊與水平桌面之間動摩擦因數(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖．實(shí)驗(yàn)步驟如下：圖(a)①用天平測量物塊和遮光片的總質(zhì)量M、重物的質(zhì)量m；用游標(biāo)卡尺測量遮光片的寬度d；用米尺測量兩光電門之間的距離s；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)分別測出遮光片經(jīng)過光電門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eq\o(a,\s\up6(－))；⑤根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)求出動摩擦因數(shù)μ．回答下列問題：(1)測量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(b)所示，其讀數(shù)為______cm．圖(b)(2)物塊的加速度a可用d、s、ΔtA和ΔtB表示為a＝________．(3)動摩擦因數(shù)μ可用M、m、eq\o(a,\s\up6(－))和重力加速度g表示為μ＝________．(4)如果細(xì)線沒有調(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)游標(biāo)卡尺的游標(biāo)尺為20分度，主尺讀數(shù)為0.9cm，游標(biāo)尺讀數(shù)為12×0.05mm＝0.060cm，游標(biāo)卡尺讀數(shù)0.9cm＋0.060cm＝0.960cm．(2)物塊在兩光電門間做勻加速直線運(yùn)動，有veq\o\al(2,B)－veq\o\al(2,A)＝2as，即(eq\f(d,ΔtB))2－(eq\f(d,ΔtA))2＝2as，得a＝eq\f(1,2s)[(eq\f(d,ΔtB))2－(eq\f(d,ΔtA))2]．(3)設(shè)線上拉力為F，根據(jù)牛頓第二定律，對物塊有F－μMg＝Meq\o(a,\s\up6(－))，對重物有mg－F＝meq\o(a,\s\up6(－))，兩式聯(lián)立得μ＝eq\f(mg－M＋m\o(a,\s\up6(－)),Mg)或?qū)ξ飰K與重物組成系統(tǒng)，由mg－μMg＝(M＋m)eq\o(a,\s\up6(－))，得μ＝eq\f(mg－M＋m\o(a,\s\up6(－)),Mg)．(4)如果細(xì)線沒有調(diào)到水平，細(xì)線的拉力存在一豎直分力，物塊受的摩擦力不再是μMg，此誤差是由實(shí)驗(yàn)原理造成的，為系統(tǒng)誤差．答案(1)0.960(2)eq\f(1,2s)[(eq\f(d,ΔtB))2－(eq\f(d,ΔtA))2](3)eq\f(mg－M＋m\o(a,\s\up6(－)),Mg)(4)系統(tǒng)誤差2．如圖所示，一端帶有定滑輪的長木板上固定有甲、乙兩個(gè)光電門，與之相連的計(jì)時(shí)器可以顯示帶有遮光片的小車在其間的運(yùn)動時(shí)間，與跨過定滑輪的輕質(zhì)細(xì)繩相連的輕質(zhì)力傳感器能顯示掛鉤處所受的拉力．(1)在探究質(zhì)量一定，加速度與合外力的關(guān)系時(shí)，要使力的傳感器的示數(shù)等于小車所受合外力，必須進(jìn)行的操作是________________.然后保證小車的質(zhì)量不變，多次向沙桶里加沙，測得多組a和F的值，畫出的a－F圖象是________．(2)在探究合外力一定、加速度與質(zhì)量的關(guān)系時(shí)，先測出小車質(zhì)量m，再讓小車從靠近光電門甲處由靜止開始運(yùn)動，讀出小車在兩光電門之間的運(yùn)動時(shí)間t.改變小車質(zhì)量m，測得多組m、t的值，建立坐標(biāo)系描點(diǎn)作出圖線．下列能直觀得出合外力一定時(shí)，加速度與質(zhì)量成反比的圖線是________．解析(1)小車與木板之間存在摩擦力，這樣就不能用繩子的拉力代替合力，所以做實(shí)驗(yàn)首先必須要平衡摩擦力．小車質(zhì)量m0一定時(shí)，加速度與合外力F成正比，故C正確．(2)小車從靠近甲光電門處由靜止開始做勻加速運(yùn)動，位移x＝eq\f(1,2)at2，所以加速度a＝eq\f(2x,t2)，改變小車質(zhì)量m，測得多組m、t的值，由于位移不變，所以a與t2成反比，則合外力一定時(shí)，加速度與質(zhì)量成反比，正確的圖線是C，故選C．答案(1)平衡摩擦力C(2)C3．某同學(xué)利用如圖甲所示裝置探究加速度與合外力的關(guān)系．利用力傳感器測量細(xì)線上的拉力．按照如下步驟操作：甲①安裝好打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶，調(diào)整長木板的傾斜程度，平衡小車所受的摩擦力；②小車與細(xì)線相連，細(xì)線通過長木板一端光滑的定滑輪和動滑輪，與力傳感器相連，動滑輪上掛上一定質(zhì)量的鉤碼，將小車?yán)娇拷螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器的一端；③打開力傳感器并接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源(頻率為50Hz的交流電源)；④釋放小車，使小車在長木板上做勻加速直線運(yùn)動；⑤關(guān)閉傳感器，記錄下力傳感器的示數(shù)F，通過分析紙帶得到小車的加速度a；⑥改變鉤碼的質(zhì)量，重復(fù)步驟①②③④⑤；⑦作出a－F圖象，得到實(shí)驗(yàn)結(jié)論．(1)本實(shí)驗(yàn)在操作中是否需要滿足鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量？________(選填“需要”或“不需要”)；某次釋放小車后，力傳感器的示數(shù)為F，通過天平測得小車的質(zhì)量為M，動滑輪和鉤碼的總質(zhì)量為m，不計(jì)滑輪的摩擦，則小車的加速度理論上應(yīng)等于________．A．eq\f(F,2M) B．eq\f(F,M)C．eq\f(mg－2F,M) D．eq\f(2F,M)(2)如圖乙所示是某次實(shí)驗(yàn)測得的紙帶的一段，可以判斷紙帶的________(填“左”或“右”)端與小車連接；在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下計(jì)數(shù)點(diǎn)6時(shí)，小車的瞬時(shí)速度大小為________m/s.(保留兩位有效數(shù)字)乙解析(1)本實(shí)驗(yàn)利用力傳感器測量細(xì)線上的拉力，不需要用鉤碼的重力代替，所以不需要滿足鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量．小車的加速度大小等于它所受的合外力與質(zhì)量的比值，故a＝eq\f(F,M)，B正確．(2)紙帶右側(cè)兩點(diǎn)間