2025版高考物理全程一輪復習課時分層精練十八探究加速度與力質量的關系習題

課時分層精練(十八)探究加速度與力、質量的關系基礎落實練1．某同學用如圖甲所示裝置做“探究加速度與力、質量的關系”實驗．(1)關于該實驗的要點，下列說法正確的是________．A.實驗時使用打點計時器應先釋放小車后接通電源B.平衡摩擦力時小車應掛上紙帶C.重物的質量應遠小于小車的質量D.本實驗牽引小車的細繩與長木板可以不平行(2)接通頻率為50Hz的交流電源，釋放小車，打出如圖乙所示的紙帶．從比較清晰的點起每5個點取一個計數(shù)點，量出相鄰計數(shù)點之間的距離，則由紙帶求出打3計數(shù)點時的速度v3＝____________m/s，小車加速度的大小為a＝________m/s2(結果均保留3位有效數(shù)字).(3)做“探究加速度與質量的關系”實驗時，正確平衡摩擦力后，保持細線拉力不變，改變小車上砝碼的質量m，多次實驗，測得多組加速度a及對應小車上砝碼的質量m，作出eq\f(1,a)-m圖像如圖丙所示，若圖中直線的斜率為k，在縱軸上的截距為b，若要驗證牛頓第二定律，則小車的質量為________．2．圖(a)是某班同學探究質量一定時物體的加速度與合力的關系的實驗裝置．他們的設計思路是①利用拉力傳感器測細繩的拉力F并將其作為小車受到的合力；②利用穿過打點計時器且連在小車后端的紙帶測小車的加速度a；③利用測得的數(shù)據(jù)作a-F圖像并得出結論．(1)該實驗中，要求動滑輪、小桶和砂的總質量遠遠小于小車的質量．(2)圖(b)是實驗中挑選出的一條點跡清晰的紙帶，圖中相鄰兩個計數(shù)點之間還有4個點未畫出，打點周期為0.02s，由該紙帶可求得小車的加速度a＝______m/s2(結果取2位有效數(shù)字).(3)下圖是三個小組分別作出的a-F圖像，其中，平衡摩擦力時木板墊得過高得到的是圖像________；圖像________對應的小車質量最小(均填序號字母).3．[2024·上海閔行區(qū)模擬]如圖甲為用來探究“小車質量一定時，加速度a與合外力F之間的關系”的實驗裝置圖．(1)本實驗中的位移傳感器利用兩種脈沖的傳播速度不同來測量距離，圖丙表示發(fā)射紅外線脈沖和超聲波脈沖時刻，圖丁表示接收紅外線脈沖和超聲波脈沖時刻，其中脈沖________(選填“1”或“2”)表示超聲波脈沖，已知脈沖1和脈沖2在空氣中的傳播速度分別為v1和v2，結合圖丙和圖丁中時刻t1和t2，計算機利用關系式s＝________運算即可得到發(fā)射器到接收器的距離．(2)將鉤碼掛于跨過定滑輪的細繩的另一端，由靜止釋放小車，位移傳感器記錄下小車位移大小隨時間變化的圖像，某次實驗的結果如圖乙所示，則t＝0.5s時，小車的速度大小為______m/s，小車的加速度大小為________m/s2(結果均保留2位有效數(shù)字).(3)如果鉤碼的個數(shù)不斷增大，a-F圖像將由直線逐漸變?yōu)橼呄蚰骋恢本€的曲線，那么該曲線所逼近的漸近線的方程為________．素養(yǎng)提升練4．如圖甲所示為“用DIS(數(shù)字信息系統(tǒng))研究加速度與力的關系”的實驗裝置，在該實驗中位移傳感器的接收器安裝在軌道上，發(fā)射器安裝在小車上．(1)改變所掛鉤碼的數(shù)量，多次測量．在某次實驗中根據(jù)測得的多組數(shù)據(jù)繪出了如圖乙所示的a-F圖像．此圖像的后半段明顯偏離直線，造成此誤差的主要原因是____________________(選填“所掛鉤碼的總質量過大”或“所用小車和傳感器的總質量過大”).(2)某小組對該實驗作出改進并做了新的嘗試，步驟如下：①取一盒總質量為m＝0.1kg的砝碼放置在小車上，左側不掛任何物體，將軌道的右側抬高，調節(jié)軌道的傾角，使小車在軌道上自由運動，觀察電腦屏幕上的v-t圖像，直至圖像為一條平行于時間軸的直線；②在左側掛一個小盤，使小車無初速度滑下，根據(jù)計算機上的v-t圖像得出小車的加速度a；③從小車上取下質量為mx的砝碼放到小盤中，再使小車無初速度滑下，根據(jù)計算機上的v-t圖像得出小車相應的加速度a；④改變mx的大小，重復步驟③，得到6組mx及其對應的加速度a的數(shù)據(jù)；⑤建立坐標系，作出如圖丙所示的a-mx圖像．若從圖丙中求出斜率k＝10m/(kg·s2)，截距b＝0.8m/s2，則小盤的質量m0＝______kg，小車及上面固定的位移傳感器的總質量M＝______kg(不含砝碼的質量，g取10m/s2).(結果均保留兩位小數(shù))課時分層精練（十八）探究加速度與力、質量的關系1．解析：（1）實驗時使用打點計時器應先接通電源后釋放小車，故A錯誤；為保證小車的合外力為繩子的拉力，平衡摩擦力時小車應掛上紙帶，故B正確；重物的質量應遠大于小車的質量，才可以認為繩子的拉力等于重物的重力，故C錯誤；本實驗牽引小車的細繩與長木板可以不平行，小車受到的拉力會發(fā)生變化，加速度會發(fā)生變化，故D錯誤．故選B.（2）打3計數(shù)點時的速度v3＝eq\f(x23＋x34,2T)＝eq\f(3.68＋3.84,0.2)×10－2m/s＝0.376m/s用逐差法求出小車加速度的大小為a＝eq\f(x35－x13,（2T）2)＝eq\f(4.00＋3.84－3.68－3.52,4)m/s2＝0.160m/s2（3）根據(jù)牛頓第二定律有F＝（M＋m）a整理得eq\f(1,a)＝eq\f(1,F)m＋eq\f(M,F)可得k＝eq\f(1,F)，b＝eq\f(M,F)小車的質量為M＝eq\f(b,k).答案：（1）B（2）0.3760.160（3）eq\f(b,k)2．解析：（2）由于相鄰兩個計數(shù)點之間還有4個點未畫出，則相鄰計數(shù)點之間的時間間隔為T＝5×0.02s＝0.1s舍去第一段，根據(jù)逐差法，小車的加速度為a＝eq\f(（7.21＋5.70）×10－2－（4.20＋2.71）×10－2,4×0.12)m/s2＝1.5m/s2（3）若平衡摩擦力時木板墊得過高，則在沒有拉力作用時，小車已經開始運動，即有一定加速度，即a-F圖像中，平衡摩擦力時木板墊得過高得到的是圖像B；根據(jù)F＝Ma解得a＝eq\f(1,M)F可知，圖像的斜率表示eq\f(1,M)，根據(jù)圖像可知，A圖像的斜率大，則A圖像對應的小車質量最?。鸢福海?）1.5（3）BA3．解析：（1）紅外線是電磁波，超聲波是聲波，顯然紅外線脈沖在空氣中的傳播速度遠大于超聲波的傳播速度，由圖丙和圖丁可知兩個脈沖同時發(fā)出，接收器先接收到脈沖1，后接收到脈沖2，即脈沖1的速度大于脈沖2的速度，所以脈沖2表示超聲波脈沖．由圖丙和圖丁可知，脈沖2從發(fā)射到接收時間間隔為（t2－t1），故發(fā)射器到接收器的距離為s＝v2（t2－t1）.（2）小車做初速度為零的勻加速直線運動，由運動學公式可得x＝eq\f(1,2)at2，由圖乙可知，x＝0.25m時，t＝0.5s，代入上式可得小車的加速度大小為a＝2.0m/s2，該時刻小車的速度大小為v＝at＝1.0m/s.（3）設鉤碼質量為m，小車質量為M.本實驗需要探究“小車質量一定時，加速度a與合外力F之間的關系”，為了便于表示合外力F，實驗時需要先平衡摩擦力，并且在滿足m?M的情況下認為F＝mg.對小車分析可得F＝mg＝Ma，故a＝eq\f(mg,M)＝eq\f(F,M)，所以在滿足m?M的情況下，a-F圖像為過原點的一次函數(shù)，但是隨著m的增大，小車所受合外力不再認為近似等于mg，對鉤碼有mg－T＝ma，對小車有T＝Ma，整理得mg＝（M＋m）a，故小車運動的實際加速度為a＝eq\f(mg,M＋m)＝eq\f(g,\f(M,m)＋1)，故當鉤碼的總質量m不斷增大，即m趨近于無窮大時，eq\f(M,m)趨近于零，曲線不斷延伸，那么該曲線所逼近的漸近線方程為a＝g.答案：（1）2v2（t2－t1）（2）1.02.0（3）a＝g4．解析：（1）以小車與鉤碼組成的系統(tǒng)為研究對象，忽略摩擦力，系統(tǒng)所受的合外力等于鉤碼的重力m鉤碼g，由牛頓第二定律有m鉤碼g＝（m小車＋m鉤碼）a小車的加速度a＝eq\f(m鉤碼,m小車＋m鉤碼)g小車受到的拉力F＝m小車a＝eq\f(m鉤碼m小車,m小車＋m鉤碼)g當有m鉤碼?m小車，可以認為小車受到的合力等于鉤碼的重力，如果鉤碼的總質量太大，則小車受到的合力小于鉤碼的重力，實驗誤差較大，a-F圖像偏離直線．（2）設小車及上面固定的位移傳感器的總質量為M，小盤的質量為m0，對小盤進行受力分析有（m0＋mx）g－F拉＝（m0＋mx）a對小車進行受力分析有F