【走向高考】2022屆高三物理人教版一輪復(fù)習(xí)習(xí)題：第3章-第5講實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系

第三章第5講一、選擇題(1～3題為單選題，4題為多選題)1．為了更直觀地反映物體的加速度a與物體質(zhì)量m的關(guān)系，往往用二者的關(guān)系圖象表示出來，該關(guān)系圖象應(yīng)選()A．a(chǎn)－m圖象 B．m－a圖象C．a(chǎn)－eq\f(1,m)圖象 D.eq\f(1,m)－a圖象[答案]C[解析]在作用力相同的狀況下，質(zhì)量越大，速度的變化越慢，加速度越小，兩者可能成反比，則用a－eq\f(1,m)圖象更簡(jiǎn)潔推斷。2．假如a－eq\f(1,m)圖象是通過原點(diǎn)的一條直線，則說明()A．物體的加速度a與質(zhì)量m成正比B．物體的加速度a與質(zhì)量m成反比C．物體的質(zhì)量m與加速度a成正比D．物體的質(zhì)量m與加速度a成反比[答案]B[解析]a－eq\f(1,m)圖象是通過原點(diǎn)的一條直線，則a與eq\f(1,m)成正比，則加速度a與質(zhì)量m成反比，A項(xiàng)錯(cuò)誤，B項(xiàng)正確。物體的質(zhì)量為定值，故C、D選項(xiàng)錯(cuò)誤。3．在“驗(yàn)證牛頓其次定律”的試驗(yàn)中，在爭(zhēng)辯加速度a與小車的質(zhì)量M的關(guān)系時(shí)，由于沒有留意始終滿足M?m的條件，結(jié)果得到的圖象應(yīng)是圖中的()[答案]D[解析]在本試驗(yàn)中，小車的加速度a＝eq\f(F,M)＝eq\f(mg,M＋m)，則繩子的張力F＝eq\f(Mmg,M＋m)，在爭(zhēng)辯加速度跟小車質(zhì)量M的關(guān)系時(shí)，保持m不變，若橫軸為1/(M＋m)，則a－1/(M＋m)圖象應(yīng)是過原點(diǎn)的直線，當(dāng)滿足M?m時(shí)，m可以忽視不計(jì)，a≈eq\f(mg,M)，a－1/M圖象還可以滿足圖象是過原點(diǎn)的直線；當(dāng)小車的質(zhì)量較小，不滿足M?m時(shí)，斜率將變小，圖象便發(fā)生彎曲。故選D。4．在利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和小車做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的試驗(yàn)時(shí)，下列說法中正確的是()A．平衡摩擦力時(shí)，應(yīng)將砝碼盤及盤內(nèi)砝碼通過定滑輪拴在小車上B．連接砝碼盤和小車的細(xì)繩應(yīng)與長(zhǎng)木板保持平行C．平衡摩擦力后，長(zhǎng)木板的位置不能移動(dòng)D．小車釋放前應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，且應(yīng)先接通電源再釋放小車[答案]BCD[解析]本試驗(yàn)先平衡摩擦力而后再把懸掛小盤的細(xì)繩系在小車上，所以A選項(xiàng)錯(cuò)誤。二、非選擇題5．(2022·忻州聯(lián)考)圖甲所示為某試驗(yàn)小組利用氣墊導(dǎo)軌來探究合力肯定時(shí)，物體的加速度與質(zhì)量之間的關(guān)系的試驗(yàn)裝置。試驗(yàn)時(shí)，將滑塊從圖甲所示的位置由靜止釋放，由數(shù)字計(jì)時(shí)器(圖中末畫出)得到遮光條通過光電門1、2的時(shí)間分別為t1、t2；用刻度尺測(cè)得兩個(gè)光電門中心之間的距離為x，用游標(biāo)卡尺測(cè)得遮光條的寬度為d，則：(1)滑塊經(jīng)過光電門1時(shí)的速度v1＝________；經(jīng)過光電門2時(shí)的速度v2＝________，滑塊的加速度a＝______。(均用題中所給字母表示)(2)若用20分度的游標(biāo)卡尺測(cè)量遮光條的寬度，如圖乙所示，其示數(shù)為________mm。[答案]eq\f(d,t1)eq\f(d,t2)eq\f(d2t\o\al(2,1)－t\o\al(2,2),2xt\o\al(2,1)t\o\al(2,2))8.15[解析]本題考查游標(biāo)卡尺的測(cè)量原理、讀數(shù)方法以及勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律的應(yīng)用等考點(diǎn)，意在考查考生的數(shù)據(jù)處理力量。滑塊上遮光條通過光電門時(shí)間很短，可將該過程的平均速度作為瞬時(shí)速度，故v1＝eq\f(d,t1)，v2＝eq\f(d,t2)，由勻變速直線運(yùn)動(dòng)的速度—位移關(guān)系式可知，a＝eq\f(d2t\o\al(2,1)－t\o\al(2,2),2xt\o\al(2,1)t\o\al(2,2))。游標(biāo)卡尺為20分度，精確度為0.05mm，主尺讀數(shù)為8mm，游標(biāo)尺第3條刻度線與主尺刻度線對(duì)齊，故游標(biāo)尺讀數(shù)為0.15mm，因此遮光條寬度為8.15mm。6．(2022·濰坊模擬)某同學(xué)為探究“加速度與物體受力關(guān)系”，設(shè)計(jì)了如圖所示的試驗(yàn)裝置：把一端帶滑輪的木板平放在水平桌面上，將力傳感器固定在小車上，用來測(cè)量繩對(duì)小車的拉力；小車的加速度由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶測(cè)出，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的低壓溝通電源的頻率為50Hz。(1)對(duì)于試驗(yàn)的操作要求，下列說法正確的是________。A．本次試驗(yàn)中應(yīng)保持小車和傳感器總質(zhì)量不變B．為消退小車與木板之間摩擦力的影響，應(yīng)將木板不帶滑輪的一端適當(dāng)墊高，在不掛砂桶的狀況下使小車能夠靜止在木板上C．本試驗(yàn)必需滿足細(xì)砂和桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車和傳感器的總質(zhì)量(2)如圖是試驗(yàn)中得到的一條紙帶，A、B、C、D、E、F、G為7個(gè)相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰的兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有四個(gè)點(diǎn)未畫出。量出計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離分別為sAB＝4.12cm、sAC＝8.67cm、sAD＝13.65cm、sAE＝19.04cm、sAF＝24.86cm、sAG＝31.09cm。則小車的加速度a＝______m/s2(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。[答案](1)A(2)0.42[解析](1)探究加速度與物體受力的關(guān)系時(shí)，應(yīng)保持小車和傳感器的總質(zhì)量不變，A項(xiàng)正確；試驗(yàn)中拉力為小車和傳感器所受合外力，故需要平衡摩擦力，平衡摩擦力時(shí)，在不掛砂桶的狀況下使小車能沿木板勻速下滑，B項(xiàng)錯(cuò)；由于傳感器直接測(cè)量繩的拉力，故無需使細(xì)砂和桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車和傳感器的總質(zhì)量，C項(xiàng)錯(cuò)。(2)依據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律的推論Δx＝aT2可知，a＝eq\f(sDG－sAD,3T2)，代入相關(guān)數(shù)據(jù)解得：a＝0.42m/s2。7．(2022·石家莊質(zhì)量檢測(cè))用圖甲所示的試驗(yàn)裝置做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”試驗(yàn)。小車放在木板上，小車前端系一條細(xì)繩，繩的一端跨過定滑輪掛一個(gè)小盤，盤中可放重物，在試驗(yàn)中認(rèn)為小盤和重物所受的重力等于小車做勻加速運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力。(1)試驗(yàn)中把木板一側(cè)墊高的目的是________________________________，為達(dá)到上述目的，需調(diào)整木板傾斜度，使小車在不受牽引時(shí)能拖動(dòng)紙帶沿木板做______運(yùn)動(dòng)。(2)在探究加速度與力的關(guān)系時(shí)，圖乙為某次試驗(yàn)中打出的紙帶，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源頻率為50Hz，則加速度a＝________m/s2。(3)在探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系時(shí)，某同學(xué)把試驗(yàn)得到的幾組數(shù)據(jù)描點(diǎn)并畫出如圖丙所示曲線。為了更直觀描述物體的加速度跟其質(zhì)量的關(guān)系，請(qǐng)你依據(jù)圖丙數(shù)據(jù)在圖丁中建立合理坐標(biāo)，并描點(diǎn)畫線。[答案](1)補(bǔ)償打點(diǎn)計(jì)時(shí)器對(duì)小車的阻力及其他阻力(答“平衡阻力”等也正確)勻速直線(2)0.79(3)如圖所示[解析]本題考查了“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”試驗(yàn)，意在考查考生對(duì)該試驗(yàn)的原理分析和試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理力量。(1)試驗(yàn)中把木板一側(cè)墊高的目的是平衡阻力，使小車在不受牽引時(shí)能拖動(dòng)紙帶沿木板做勻速直線運(yùn)動(dòng)。(2)依據(jù)xCD－xAB＝2at2，a＝eq\f(xCD－xAB,2t2)＝0.79m/s2。(3)依據(jù)牛頓其次定律F＝ma，可得a＝F·eq\f(1,m)，為了更直觀描述物體的加速度跟其質(zhì)量的關(guān)系，應(yīng)描繪a－eq\f(1,m)圖象。8．(2022·課標(biāo)全國(guó)Ⅰ)某同學(xué)利用圖(a)所示試驗(yàn)裝置及數(shù)字化信息系統(tǒng)獲得了小車加速度a與鉤碼的質(zhì)量m的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖，如圖(b)所示。試驗(yàn)中小車(含放射器)的質(zhì)量為200g，試驗(yàn)時(shí)選擇了不行伸長(zhǎng)的輕質(zhì)細(xì)繩和輕定滑輪，小車的加速度由位移傳感器及與之相連的計(jì)算機(jī)得到，回答下列問題：(1)依據(jù)該同學(xué)的結(jié)果，小車的加速度與鉤碼的質(zhì)量成________(填“線性”或“非線性”)關(guān)系。(2)由圖(b)可知，a－m圖線不經(jīng)過原點(diǎn)，可能的緣由是________。(3)若利用本試驗(yàn)裝置來驗(yàn)證“在小車質(zhì)量不變的狀況下，小車的加速度與作用力成正比”的結(jié)論，并直接以鉤碼所受重力mg作為小車受到的合外力，則試驗(yàn)中應(yīng)實(shí)行的改進(jìn)措施是________。鉤碼的質(zhì)量應(yīng)滿足的條件是________。答案：(1)非線性(2)存在摩擦力(3)調(diào)整軌道的傾斜度以平衡摩擦力遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量解析：(1)由圖象可以推斷加速度與鉤碼的質(zhì)量或非線性關(guān)系。(2)當(dāng)有拉力時(shí)無加速度說明存在摩擦力。(3)為了驗(yàn)證明難結(jié)論，要平衡摩擦力，本試驗(yàn)中由于把鉤碼的重力作為拉力。因此必需滿足M?m的條件。9．(2022·浙江溫州一模)某試驗(yàn)小組利用如圖甲所示的裝置來探究“合外力肯定時(shí)物體的加速度與其質(zhì)量之間的關(guān)系”。(1)用游標(biāo)卡尺測(cè)得遮光片的寬度如圖乙所示，則遮光片的寬度d＝________。(2)安裝好裝置，用薄片適當(dāng)墊起軌道右端，在不掛重物時(shí)，假如小車________，則表示已平衡摩擦力。(3)測(cè)出兩個(gè)光電門中心之間的距離為L(zhǎng)。將小車從圖示位置靜止釋放，由數(shù)字計(jì)時(shí)器讀出遮光條經(jīng)過光電門A的時(shí)間t1和經(jīng)過光電門B的時(shí)間t2，則小車加速度的表達(dá)式a＝________。(用以上字母表示)(4)保持合力不變，轉(zhuǎn)變小車質(zhì)量共做了6組試驗(yàn)，測(cè)得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表。為了更直觀地分析數(shù)據(jù)得出結(jié)論，請(qǐng)?jiān)谧鴺?biāo)紙上作出相應(yīng)的圖象。m/g250300400500600800a/(m·s－2)0.910.820.620.500.420.32m－1/kg－14.003.332.502.011.671.25(5)由圖得出試驗(yàn)結(jié)論：________________________。[答案](1)6.8mm(2)小車經(jīng)過兩個(gè)光電門的時(shí)間相等(3)eq\f(\f(d,t2)2－\f(d,t1)2,2L)(4)見解析(5)在誤差允許的范圍內(nèi)，加速度與質(zhì)量成反比[解析](1)10分度的游標(biāo)卡尺，主尺上讀出6mm，游標(biāo)尺上讀出8×0.1mm＝0.8mm，故遮光片的寬度為6.8mm。(2)當(dāng)小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，表示已平衡摩擦力。本試驗(yàn)中即當(dāng)小車經(jīng)過兩個(gè)光電門的時(shí)間相等時(shí)，表示已平衡摩擦力。(3)