高考物理一輪復(fù)習(xí)課時(shí)練習(xí) 第3章第6練　實(shí)驗(yàn)四：探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系（含詳解）

1．如圖甲裝置為探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系的裝置。(1)實(shí)驗(yàn)中，需要補(bǔ)償阻力，下列相關(guān)操作正確的是________。A．補(bǔ)償阻力時(shí)，應(yīng)先將空沙桶用細(xì)繩繞過(guò)定滑輪系在小車(chē)上B．補(bǔ)償阻力時(shí)，小車(chē)后面應(yīng)固定一條紙帶，紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，調(diào)節(jié)木板的傾斜度，使小車(chē)在不受繩的拉力時(shí)能拖動(dòng)紙帶沿木板做勻速直線運(yùn)動(dòng)C．器材調(diào)整完畢后，每一次都要保證小車(chē)從同一位置由靜止釋放D．補(bǔ)償阻力后，改變小車(chē)質(zhì)量多次實(shí)驗(yàn)，但長(zhǎng)木板與水平桌面間的角度不需要再調(diào)整(2)操作正確的情況下得到一條紙帶如圖乙所示，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源的頻率為50Hz，相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有4個(gè)點(diǎn)未畫(huà)出。則小車(chē)的加速度a＝__________m/s2。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)2．(2024·江西吉安市第一中學(xué)月考)如圖甲所示，某實(shí)驗(yàn)小組利用該裝置“探究小車(chē)加速度和力的關(guān)系”，小車(chē)的質(zhì)量(包含滑輪)為M。不計(jì)繩與滑輪間的摩擦。(1)利用該裝置實(shí)驗(yàn)時(shí)，下列說(shuō)法正確的是________。A．實(shí)驗(yàn)前應(yīng)將長(zhǎng)木板靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的一端墊高，以補(bǔ)償阻力B．每次在增加沙和沙桶的質(zhì)量后需要重新補(bǔ)償阻力C．應(yīng)將小車(chē)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，先釋放小車(chē)，再接通電源D．實(shí)驗(yàn)中一定要保證沙和沙桶的總質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車(chē)的質(zhì)量M(2)實(shí)驗(yàn)中得到如圖乙所示的一條紙帶，從比較清晰的點(diǎn)跡起，在紙帶上標(biāo)出連續(xù)的5個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)A、B、C、D、E，相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間都有4個(gè)點(diǎn)跡未標(biāo)出，測(cè)出各計(jì)數(shù)點(diǎn)到A點(diǎn)間的距離，已知所用電源的頻率為50Hz，則小車(chē)的加速度大小a＝________m/s2(保留兩位有效數(shù)字)。(3)改變沙桶內(nèi)沙子的質(zhì)量，多次實(shí)驗(yàn)，以力傳感器的示數(shù)F為橫軸、小車(chē)對(duì)應(yīng)的加速度a為縱軸，作出的a－F圖像如圖丙所示，可知小車(chē)的質(zhì)量M＝__________kg(保留兩位有效數(shù)字)。3．(2023·貴州貴陽(yáng)市聯(lián)考)某同學(xué)用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)量物塊B的質(zhì)量，物塊A為質(zhì)量已知的砝碼，A、B用跨過(guò)光滑定滑輪的輕質(zhì)細(xì)繩連接，B下端拖著穿過(guò)固定的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶?；卮鹣铝袉?wèn)題：(1)本實(shí)驗(yàn)中，物塊A、B的質(zhì)量應(yīng)滿足的關(guān)系為mA________mB(填“>”“<”或“＝”)。(2)實(shí)驗(yàn)時(shí)，打出了如圖乙所示的紙帶，圖中相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有四個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)沒(méi)有畫(huà)出，測(cè)得點(diǎn)A、C之間的距離xAC＝8.96cm，C、E之間的距離xCE＝18.76cm，則可得物塊A、B運(yùn)動(dòng)的加速度大小為_(kāi)_______m/s2。若mA＝200g，取重力加速度為g＝9.80m/s2，可得物塊B的質(zhì)量為_(kāi)_______g(忽略一切阻力，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所接電源頻率為50Hz)。4．(2024·廣東茂名市六校聯(lián)考)某實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)利用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究小車(chē)勻加速運(yùn)動(dòng)速度和位移的關(guān)系并測(cè)量小車(chē)(含遮光條)的質(zhì)量M。以下是該實(shí)驗(yàn)的主要步驟：①用刻度尺測(cè)量出遮光條的寬度d；②掛上托盤(pán)和砝碼，改變木板的傾角，使小車(chē)(含遮光條)沿木板勻速下滑；③取下托盤(pán)和砝碼，測(cè)出其總質(zhì)量為m，讓小車(chē)從起點(diǎn)由靜止出發(fā)沿木板下滑通過(guò)光電門(mén)并通過(guò)計(jì)算機(jī)記錄了擋光時(shí)間Δt；④改變砝碼質(zhì)量和木板傾角，重復(fù)步驟②③，每次釋放小車(chē)位置相同且光電門(mén)在木板上位置不變，用刻度尺測(cè)出小車(chē)在起點(diǎn)時(shí)遮光條的中點(diǎn)到光電門(mén)的距離L，已知重力加速度為g。根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟回答以下問(wèn)題：(結(jié)果均用m、k、g、d、L表示)(1)根據(jù)步驟③可知，小車(chē)受到的合外力為_(kāi)_______。(2)某小組成員通過(guò)實(shí)驗(yàn)記錄的數(shù)據(jù)作出m－eq\f(1,Δt2)圖像，如圖所示，若已知該圖像斜率為k，則小車(chē)的質(zhì)量M＝__________。5．(2022·山東卷·13)在天宮課堂中，我國(guó)航天員演示了利用牛頓第二定律測(cè)量物體質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)。受此啟發(fā)。某同學(xué)利用氣墊導(dǎo)軌、力傳感器、無(wú)線加速度傳感器、輕彈簧和待測(cè)物體等器材設(shè)計(jì)了測(cè)量物體質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)，如圖甲所示。主要步驟如下：①將力傳感器固定在氣墊導(dǎo)軌左端支架上，加速度傳感器固定在滑塊上；②接通氣源，放上滑塊。調(diào)平氣墊導(dǎo)軌；③將彈簧左端連接力傳感器，右端連接滑塊。彈簧處于原長(zhǎng)時(shí)滑塊左端位于O點(diǎn)。A點(diǎn)到O點(diǎn)的距離為5.00cm，拉動(dòng)滑塊使其左端處于A點(diǎn)，由靜止釋放并開(kāi)始計(jì)時(shí)；④計(jì)算機(jī)采集獲取數(shù)據(jù)，得到滑塊所受彈力F、加速度a隨時(shí)間t變化的圖像，部分圖像如圖乙所示。回答以下問(wèn)題(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)：(1)彈簧的勁度系數(shù)為_(kāi)_______N/m。(2)該同學(xué)從圖乙中提取某些時(shí)刻F與a的數(shù)據(jù)，畫(huà)出a－F圖像如圖丙中Ⅰ所示，由此可得滑塊與加速度傳感器的總質(zhì)量為_(kāi)_______kg。(3)該同學(xué)在滑塊上增加待測(cè)物體，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟，在圖丙中畫(huà)出新的a－F圖像Ⅱ，則待測(cè)物體的質(zhì)量為_(kāi)_______kg。第6練實(shí)驗(yàn)四：探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系1．(1)BD(2)0.40解析(1)補(bǔ)償阻力時(shí)，細(xì)繩不用牽引小車(chē)，故A錯(cuò)誤；補(bǔ)償阻力時(shí)，小車(chē)后面應(yīng)固定一條紙帶，紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，調(diào)節(jié)木板的傾斜度，使小車(chē)在不受繩的拉力時(shí)能拖動(dòng)紙帶沿木板做勻速直線運(yùn)動(dòng)，故B正確；器材調(diào)整完畢后，盡量讓小車(chē)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，不一定每一次都要從同一位置由靜止釋放，故C錯(cuò)誤；補(bǔ)償阻力后，改變小車(chē)質(zhì)量多次實(shí)驗(yàn)，但長(zhǎng)木板與水平桌面間的角度不需要調(diào)整，故D正確。(2)由Δx＝aT2可得小車(chē)的加速度大小為a＝eq\f(Δx,T2)＝eq\f(xCE－xAC,4T2)＝eq\f(120.00－52.00－52.00,4×0.12)×10－3m/s2＝0.40m/s2。2．(1)A(2)0.93(3)1.0解析(1)小車(chē)在水平軌道上所受合外力為繩上拉力和摩擦力的合力，應(yīng)通過(guò)墊高靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器一側(cè)的木板讓重力沿斜面方向的分力與摩擦力相等，此時(shí)小車(chē)所受合外力為繩上拉力，故A正確；當(dāng)重力沿斜面方向的分力與摩擦力相等時(shí)有mgsinθ＝μmgcosθ，由此可知，當(dāng)增加沙和沙桶的質(zhì)量后，重力沿斜面方向的分力與摩擦力依然相等，故B錯(cuò)誤；為保證打在紙帶上的點(diǎn)足夠多，應(yīng)將小車(chē)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，先接通電源，再釋放小車(chē)，故C錯(cuò)誤；此實(shí)驗(yàn)中，小車(chē)所受的合外力等于力傳感器示數(shù)的兩倍，因此不需要滿足沙和沙桶的總質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車(chē)的質(zhì)量M，故D錯(cuò)誤。(2)相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為T(mén)＝5×eq\f(1,f)＝5×eq\f(1,50)s＝0.1s，由逐差法可知小車(chē)的加速度為a＝eq\f(sCE－sAC,2T2)＝eq\f(0.1636－0.0632－0.0632,2×0.12)m/s2＝0.93m/s2。(3)由牛頓第二定律可知2F＝Ma，則a＝eq\f(2,M)F，斜率k＝eq\f(2,M)＝eq\f(0.60,0.30)kg－1＝2kg－1，解得M＝1.0kg。3．(1)>(2)2.45120解析(1)根據(jù)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的位置可判斷出，釋放后，A應(yīng)向下運(yùn)動(dòng)，B向上運(yùn)動(dòng)，故mA>mB；(2)A、C之間的時(shí)間間隔及C、E之間的時(shí)間間隔均為T(mén)＝eq\f(5,50)×2s＝0.2s，由xCE－xAC＝aT2，解得a＝2.45m/s2，據(jù)牛頓第二定律可得mAg－FT＝mAa，F(xiàn)T－mBg＝mBa，解得mB＝eq\f(3,5)mA＝120g。4．(1)mg(2)eq\f(2gkL,d2)解析(1)由題意可得，取下托盤(pán)和砝碼后，小車(chē)在斜面上做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，小車(chē)受到的合外力為F＝mg(2)由牛頓第二定律和速度位移公式可得(eq\f(d,Δt))2＝2eq\f(mg,M)L，可得m＝eq\f(Md2,2gL)·eq\f(1,Δt2)可知k＝eq\f(Md2,2gL)，則M＝eq\f(2gkL,d2)。5．(1)12(2)0.20(3)0.13解析(1)由題知，彈簧處于原長(zhǎng)時(shí)滑塊左端位于O點(diǎn)，A點(diǎn)到O點(diǎn)的距離為5.00cm。拉動(dòng)滑塊使其左端處于A點(diǎn)，由靜止釋放并開(kāi)始計(jì)時(shí)。結(jié)合題圖乙的F－t圖像有Δx＝5.00cm，F(xiàn)＝0.610N，根據(jù)胡克定律k＝eq\f(F,Δx)，可得k≈12N/m(2)根據(jù)牛頓第二定律有F＝ma則a－F圖像的斜率表示滑塊與加速度傳感器的總質(zhì)量的倒數(shù)，根據(jù)題圖丙中Ⅰ，則有eq\f(1,m)＝eq