2024高考物理一輪復習專題30實驗：探究加速度與力質量的關系練習含解析新人教版

PAGE8-專題30試驗：探究加速度與力、質量的關系1．[2024·惠州市調研]“探究加速度與小車質量、小車受力的關系”的試驗裝置如圖甲所示．在平衡小車與木板之間摩擦力的過程中，打出了一條紙帶如圖乙所示，圖乙中紙帶的左端與小車連接．打點計時器打點的時間間隔為0.02s．從比較清楚的點起，每5個點取一個計數點，量出相鄰計數點之間的距離．回答下列問題：(1)該小車的加速度大小a＝________m/s2(保留兩位有效數字)．(2)為平衡摩擦力還應適當________(填“增大”或“減小”)木板與桌面的夾角，直至打點勻稱為止．(3)打點計時器打下計數點3時小車的速度v3＝________________________________________________________________________________m/s(保留三位有效數字)．2．[2024·福建廈門雙十中學測試]某試驗小組利用圖示裝置探究加速度與力、質量的關系：(1)(多選)下列做法正確的是________(填字母代號)．A．調整滑輪的高度，使牽引木塊的細繩與長木板保持平行B．在調整木板傾斜度平衡木塊受到的滑動摩擦力時，將裝有砝碼的砝碼桶通過定滑輪拴在木塊上C．試驗時，先放開木桶再接通打點計時器的電源D．通過增減木塊上的砝碼變更質量時，不須要重新調整木板傾斜度(2)為使砝碼桶及桶內砝碼的總重力在數值上近似等于木塊運動時受到的拉力，應滿意的條件是砝碼桶及桶內砝碼的總質量________(填“遠大于”、“遠小于”或“近似等于”)木塊和木塊上砝碼的總質量．(3)甲、乙兩同學在同一試驗室，各取一套圖示的裝置放在水平桌面上，木塊上均不放砝碼，在沒有平衡摩擦力的狀況下，探討加速度a與拉力F的關系，分別得到圖中甲、乙兩條直線．設甲、乙用的木塊質量分別為m甲、m乙，甲、乙的木塊與木板間的動摩擦因數分別為μ甲、μ乙，由圖知，m甲________m乙，μ甲________μ乙(均填“>”“<”或“＝”)．3．[2024·哈六中測試]為了探究質量肯定時加速度與力的關系，一同學設計了如圖1所示的試驗裝置．其中M為帶滑輪的小車的質量，m為砂和砂桶的質量．(滑輪質量不計)(1)(多選)試驗時，肯定要進行的操作是________A．用天平測出砂和砂桶的質量B．將帶滑輪的長木板右端墊高，以平衡摩擦力C．小車靠近打點計時器，先接通電源，再釋放小車，打出一條紙帶，同時記錄彈簧測力計的示數D．變更砂和砂桶的質量，打出幾條紙帶E．為減小誤差，試驗中肯定要保證砂和砂桶的質量m遠小于小車的質量M(2)該同學在試驗中得到如圖2所示的一條紙帶(兩計數點間還有兩個點沒有畫出)，已知打點計時器采納的是頻率為50Hz的溝通電，依據紙帶可求出小車的加速度為________m/s2(結果保留兩位有效數字)(3)以彈簧測力計的示數F為橫坐標，加速度為縱坐標，畫出的圖3為a－F，圖象是一條直線，圖線與橫坐標的夾角為θ，求得圖線的斜率為k，則小車的質量為________．4．[2024·湖北重點中學]某同學用如圖所示的裝置探究加速度與力的關系，帶滑輪的長木板和彈簧測力計均水平固定．(1)(多選)試驗時，肯定要進行的操作或留意事項是()A．小車靠近打點計時器，先接通電源，再釋放小車，打出一條紙帶，同時記錄彈簧測力計的示數B．用天平測出砂和砂桶的總質量C．變更砂和砂桶質量，再打出幾條紙帶D．變更小車質量，再打出幾條紙帶E．為減小誤差，試驗中肯定要保證砂和砂桶的質量遠小于小車的質量(2)以彈簧測力計的示數F為橫坐標，以加速度a為縱坐標，按該同學的方法做試驗畫出的a－F圖象最可能是()(3)若測出的a－F圖象的斜率為k后，則可計算出小車的質量為________．5．[2024·湖南師大附中摸底]在探究“加速度與力和質量的關系”試驗時，某老師對傳統(tǒng)試驗進行了改進，其試驗操作如下：①如圖所示，先將沙和沙桶通過滑輪懸掛于小車一端，調整平板的傾角θ，使小車沿斜面對下做勻速直線運動，測出沙和沙桶的總質量m；②保持平板傾角θ不變，去掉沙和沙桶，小車即在平板上沿斜面對下做勻加速直線運動，通過紙帶測量其加速度a；③保持小車質量M不變，多次變更沙和沙桶的總質量m，每次重復①②兩步操作，得到小車加速度與合力的關系；④多次變更小車的質量，進行適當的操作，得到小車加速度和質量的關系．(1)(多選)在上述試驗操作過程中，以下說法正確的是________________________________________________________________________．A．可以用電池盒給打點計時器供電B．應在小車起先運動后再接通打點計時器的電源C．要保持細繩與平板平行D．應讓小車從靠近定滑輪處起先運動(2)在操作①中若打了一條如下圖所示的紙帶，已知紙帶左端為連接小車處，則應將平板的傾角適當________(選填“增大”或“減小”)些．(3)在操作②中，小車所受的合力大小等于________(用題中所給定的字母以及重力加速度g表示)．(4)在本試驗中________(選填“須要”或“不須要”)滿意沙和沙桶的質量遠小于小車的總質量；操作④中，每次變更小車質量后，________(選填“須要”或“不須要”)重新調整平板的傾角．6．[2024·河北辛集中學測試]如圖1為驗證牛頓其次定律的試驗裝置示意圖，圖中打點計時器的電源為50Hz的溝通電源，打點的時間間隔用Δt表示．在小車質量未知的狀況下，某同學設計了一種方法用來探究“在外力肯定的條件下，物體的加速度與其質量間的關系”．(1)完成下列試驗步驟中的填空：①平衡小車所受的阻力：小吊盤中不放物塊，調整木板右端的高度，用手輕撥小車，直到打點計時器打出一系列________的點．②按住小車，在小吊盤中放入適當質量的物塊，在小車中放入砝碼．③打開打點計時器電源，釋放小車，獲得帶有點列的紙帶，在紙帶上標出小車中砝碼的質量m.④按住小車，變更小車中砝碼的質量，重復步驟③.⑤在每條紙帶上清楚的部分，每5個間隔標注一個計數點，測量相鄰計數點的間距x1，x2，……求出與不同m相對應的加速度a.⑥以砝碼的質量m為橫坐標，eq\f(1,a)為縱坐標，在坐標紙上作出eq\f(1,a)－m關系圖線．若加速度與小車和砝碼的總質量成反比，則eq\f(1,a)與m應成________關系(填“線性”或“非線性”)．(2)完成下列填空：①本試驗中，為了保證在變更小車中砝碼的質量時，小車所受的拉力近似不變，小吊盤和盤中物塊的質量之和應滿意的條件是________．②設紙帶上相鄰兩個計數點分別為x1、x2、x3、x4、x5、x6來表示從O點起先各相鄰兩個計數點間的距離，用T表示相鄰計數點的時間間隔，則該勻變速直線運動的加速度的表達式為a＝________(用符號寫出表達式，不要求計算)．打E點時小車的速度大小為vE＝________m/s.(保留3位有效數字)③圖3為所得試驗圖線的示意圖，設圖中直線的斜率為k，在縱軸上的截距為b，若牛頓定律成立，則小車受到的拉力為________，小車的質量為________．7．[2024·江淮十校聯考]某試驗小組利用如圖所示的裝置探究牛頓其次定律中質量肯定時a與F的關系，他們將寬度為d的擋光片固定在小車上，用不行伸長的細線將其通過一個定滑輪與砝碼盤相連，在水平桌面上的A、B兩點各安裝一個光電門，記錄小車通過A、B時的遮光時間，小車中可以放置砝碼．(1)試驗主要步驟如下：①用天平測量小車和遮光片的總質量M、砝碼盤和盤內砝碼的總質量m；用游標卡尺測量擋光片的寬度d；用米尺測量兩光電門之間的距離s；②調整輕滑輪，使細線與木板平行；③將木板不帶滑輪的一端墊高，以平衡摩擦力，讓小車從光電門A的左側由靜止釋放；用數字毫秒計分別測出遮光片經過光電門A和光電門B所用的時間tA和tB；④小車右側通過細線連上砝碼盤，盤中放有多個砝碼；再次讓小車從光電門A的左側由靜止釋放，記錄遮光片經過光電門A和光電門B所用的時間ΔtA和ΔtB，利用a＝________(用d、s、ΔtA和ΔtB表示)，求出小車加速度；并記錄此時砝碼盤及盤內砝碼的質量m；⑤將盤中砝碼拿出一個放到小車上，再次讓小車從光電門A的左側由靜止釋放，記錄步驟④中的時間和質量，重復步驟⑤多次試驗．⑥對小車和砝碼及砝碼盤組成的系統(tǒng)，合力F＝mg，結合上述公式求出的a，得到多組a、F的數據．描點做出a－F的圖象，從而得出a與F的關系．(2)測量d時，某次游標卡尺的示數如下圖所示，其讀數為________cm.(3)(多選)下列說法哪一項是正確的()A．平衡摩擦力時必需將砝碼盤通過細線掛在小車上B．若測得tA＝tB說明摩擦力已平衡好C．為減小誤差，應使砝碼及砝碼盤質量之和遠小于小車和車內砝碼質量之和D．本試驗裝置也可以用來驗證動能定理專題30試驗：探究加速度與力、質量的關系1．(1)0.10(2)減小(3)0.355解析：(1)打相鄰兩計數點的時間間隔為T＝5×0.02s＝0.10s，由Δx＝aT2可得該小車的加速度大小a＝0.10m/s2.(2)由于小車已經做加速運動，說明平衡摩擦力過度，須要適當減小木板與桌面的夾角，直至打點勻稱為止．(3)依據做勻變速直線運動的物體在一段時間內的平均速度等于中間時刻的瞬時速度，可知打點計時器打下計數點3時小車的速度v3＝eq\f(3.5＋3.6,2×0.10)×10－2m/s＝0.355m/s.2．(1)AD(2)遠小于(3)<>解析：(1)平衡摩擦力時砝碼桶不能拴在木塊上，且變更砝碼質量時，不須要重新調整木板傾斜度，為保證細繩的拉力是木塊的合力，細繩應與長木板平行，A、D正確，B錯誤；試驗時，應先接通打點計時器再放開木桶，C錯誤．(2)設木塊和砝碼(包括桶)的質量為M和m，分別列式T＝Ma，mg－T＝ma，T＝eq\f(Mmg,M＋m)，當M?m時，T≈mg.(3)由牛頓其次定律列式F－μmg＝ma，a＝eq\f(F,m)－μg，可知圖象斜率的倒數表示木塊質量，m甲<m乙，圖象縱軸截距的肯定值表動摩擦因數，所以μ甲>μ乙．3．(1)BCD(2)1.3(3)2kg解析：(1)設彈簧測力計的彈力為F,2F為對小車的拉力，所以要平衡摩擦力，不須要測砂和砂桶的質量，試驗時小車靠近打點計時器處釋放，先接通電源，后釋放小車，故B、C、D正確，A、E錯誤．(2)由t＝0.06s，a＝eq\f(x4＋x5＋x6－x1＋x2＋x3,9t2)＝1.3m/s2(3)a－F圖象的斜率為eq\f(2,M)，則小車的質量為M＝eq\f(2,k).4．(1)AC(2)B(3)eq\f(2,k)解析：(1)本試驗中，通過彈簧測力計可讀出細繩拉力的大小，因此不須要測量砂和砂桶的總質量，也不須要保證砂和砂桶的質量遠小于小車的質量，本試驗要驗證力與加速度的關系，不用變更小車的質量，但要記錄彈簧測力計示數，且需變更砂和砂桶的質量，從變更小車所受拉力大小，進而得出多組數據分析試驗規(guī)律，故BDE錯誤，AC正確．(2)以小車為探討對象，依據牛頓其次定律可得2F－f＝Ma，得a＝eq\f(2,M)F－eq\f(f,M)，故B正確．(3)由(2)，結合圖象可得k＝eq\f(2,M)，得M＝eq\f(2,k).5．(1)CD(2)小(3)mg(4)不須要須要解析：(1)打點計時器用溝通電，電池盒是直流電，A錯誤；先接通打點計時器后釋放小車，且小車在靠近定滑輪處釋放，B錯誤，D正確；細繩與平板平行，繩的拉力才可恒定，C正確．(2)由紙帶分析小車加速運動，Mgsinθ>T＋f，應減小θ小車才能勻速直線．(3)起先小車勻速直線運動有Mgsinθ＝mg＋f，去掉T時，Mgsinθ與f均不變，故小車受沿斜面對下大小為mg的合力．(4)本試驗是用沙和沙桶的重力得到小車的加速度，且不需遠小于小車的質量，由于小車質量變更，須要重新調整木板傾角．6．(1)①等間距⑥線性(2)①遠小于小車和砝碼的總質量(填“遠小于小車的質量”同樣正確)②eq\f(x4＋x5＋x6－x1＋x2＋x3,9T2)1.39③eq\f(1,k)eq\f(b,k)7．(1)eq\f(1,2s)eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,ΔtB)))2－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,ΔtA)))2))(2)0.550(3)BD解析：(1)遮光片經過光電門A和B的平均速度分別表示A、B位置的瞬時速度，vA＝eq\f(d,ΔtA)，vB＝eq\f(d,ΔtB)，又由速度位移公式得：a＝eq\f(v\o\al(2,B)－v\o\al(2,A),2s)＝eq\f(1,2s)eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\a