新教材2022版高考物理人教版一轮总复习训练：实验4　探究加速度与力、质量的关系

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1．验证牛顿第二定律的实验装置示意图如图甲所示。
(1)平衡小车所受阻力的操作：取下________，把木板不带滑轮的一端垫高；接通电火花计时器的电源，轻推小车，让小车拖着纸带运动。如果打出的纸带如图乙所示，则应________(选填“减小”或“增大”)木板的倾角，反复调节，直到纸带上打出的点迹________为止。
(2)图丙为研究“在外力一定的条件下，物体的加速度与其质量的关系”时所得的实验图像，横坐标m为小车上砝码的质量。设图中直线的斜率为k，在纵轴上的截距为b，若牛顿第二定律成立，则小车受到的拉力为________，小车的质量为________。
解析：(1)平衡小车所受阻力时，需要将钩码取下；题图乙所示的纸带反映了小车在做加速运动，即木板垫高了，应减小木板的倾角，直到纸带上打出的点迹均匀为止。
(2)当小车上的砝码质量为0时，小车的加速度为 a0＝ eq \f(1,b)，设小车的质量为M，则小车受到的拉力为F＝Ma0＝ eq \f(M,b)；题图丙中直线的函数关系式为 eq \f(1,a)＝km＋b，根据牛顿第二定律有F＝(m＋M)a，可解得 M＝ eq \f(b,k)，F＝ eq \f(1,k)。
答案：(1)钩码 减小 间隔相等(均匀)
(2) eq \f(1,k) eq \f(b,k)
2．某同学设计了如图所示的装置来探究加速度与力的关系。弹簧测力计固定在一合适的木板上，桌面的右边缘固定一支表面光滑的铅笔以代替定滑轮，细绳的两端分别与弹簧测力计的挂钩和矿泉水瓶连接，在桌面上画出两条平行线MN、PQ，并测出间距d。开始时将木板置于MN处，现缓慢向瓶中加水，直到木板刚刚开始运动为止，记下弹簧测力计的示数F0，以此表示滑动摩擦力的大小。再将木板放回原处并按住，继续向瓶中加水后，记下弹簧测力计的示数F1，然后释放木板，并用停表记下木板运动到PQ处的时间t。
(1)木板的加速度可以用d、t表示为a＝______；为了减小测量加速度的偶然误差，可以采用的方法有(一种即可)____________。
(2)改变瓶中水的质量重复实验，确定加速度a与弹簧测力计示数F1的关系。下列图像能表示该同学实验结果的是( )

A B

C D
(3)用加水的方法改变拉力的大小与挂钩码的方法相比，它的优点是________。(填选项前的字母)
A. 可以改变滑动摩擦力的大小
B. 可以更方便地获取多组实验数据
C. 可以比较精确地测出摩擦力的大小
D. 可以获得更大的加速度以提高实验精度
解析：(1)由d＝ eq \f(1,2)at2可得a＝ eq \f(2d,t2)。减小偶然误差的主要方法是多次测量，求平均值。
(2)由题意可知，F1是水瓶的重力，设绳中拉力为FT，对木板有a＝ eq \f(FT－F0,M板)，在M板≫m水时，FT≈F1，a＝ eq \f(F1－F0,M)，排除A、B选项；逐渐增加水的质量，将不再满足FT≈F1，而是FT＜F1，将导致木板加速度的实际值较理论值偏小，故选项C正确，D错误。
(3)此方法可以连续改变质量，更方便地获取多组实验数据；可比较准确地测出摩擦力的大小。
答案：(1) eq \f(2d,t2) 保持F1不变，重复实验多次测量，求平均值 (2)C (3)BC
3．某同学用图甲所示的实验装置验证牛顿第二定律。
(1)通过实验得到如图乙所示的a­F图像，造成这一结果的原因是：在平衡摩擦力时，木板与水平桌面间的夹角________(选填“偏大”或“偏小”)。
(2)该同学在正确平衡摩擦力后进行实验，小车在实际运动过程中所受的拉力________(选填“大于”“小于”或“等于”)砝码和砝码盘的总重力；为了便于探究，减小误差，应使小车质量M与砝码和砝码盘的总质量m满足________的条件。
(3)该同学得到如图丙所示的纸带。已知打点计时器所用电源频率为50 Hz。A、B、C、D、E、F、G是纸带上连续的7个点。Δx＝xDG－xAD＝________ cm，由此可算出小车的加速度a＝________m/s2(结果保留2位有效数字)。
解析：(1)根据题图乙a­F图像可知，当F＝0时，小车已经有了加速度a0，所以肯定是在平衡摩擦力时，木板与水平桌面间的夹角偏大造成的。
(2)根据牛顿第二定律，对小车有F＝Ma，对砝码和砝码盘有mg－F＝ma，解得F＝ eq \f(Mmg,M＋m)