【备战2023高考】物理总复习——3.3《实验四：探究加速度与力、质量的关系》练习（全国通用）

这是一份【备战2023高考】物理总复习——3.3《实验四：探究加速度与力、质量的关系》练习（全国通用），文件包含备战2023高考物理总复习33《实验四探究加速度与力质量的关系》练习解析版全国通用docx、备战2023高考物理总复习33《实验四探究加速度与力质量的关系》练习原卷版全国通用docx等2份试卷配套教学资源，其中试卷共37页， 欢迎下载使用。
3.3 实验四：探究加速度与力、质量的关系

1．某小组用如图所示的装置（甲图为侧视图、乙图为俯视图）验证“质量一定时加速度与合外力成正比”，保持两小车质量相同，绳子下端悬挂质量不同的槽码。实验前，先平衡摩擦力，然后同时释放两小车，经过一段时间后，使两小车同时停止运动。

（1）本实验中需要测量的物理量有___________。
A．小车的质量M                                                            B．两小车运动的时间t
C．两小车各自所挂槽码的质量、                           D．两小车运动的位移 、
（2）若质量一定时加速度与合外力成正比，则测量数据应满足的关系式为___________。（用所测物理量的符号表示）
（3）小华同学利用打点计时器测量小车的加速度。图丙为实验中得到的一条纸带，纸带上两相邻计数点的时间间隔为，其中、、、、、、则小车的加速度大小为___________。（计算结果保留两位小数）
【答案】     CD##DC          0.64
【解析】
（1）[1]本实验探究质量一定时加速度与合外力成正比，则要保证小车的质量一定，两个不同拉力下的加速度与对应拉力的关系，所以要测量拉力（即槽码质量）及位移（两车运动时间一样，位移与加速度成正比，可通过比较位移从而比较加速度）之比。
故选CD。
（2）[2]因为拉力是用槽码重力代替，则有

小车做初速度为零的匀加速直线运动，据知时间相等时，位移与加速度成正比，即

若有

则可得到加速度与作用力成正比。
（3）[3] 由逐差公式求加速度为

代入数据解得

2．小明用图甲所示的装置探究加速度与力、质量的关系。实验中，保持小车质量不变来探究小车加速度a与合力F的关系。

（1）小明在实验中得到如图乙所示的一条纸带，已知打点计时器采用的是频率为的交流电，相邻两计数点之间还有四个计时点未画出，根据纸带可求出小车的加速度大小为__________（结果保留三位有效数字）；
（2）在本实验中认为细线的拉力F等于砝码和砝码盘受到的总重力，由此造成的误差是___________（选填“系统”或“偶然”）误差。设拉力的真实值为，小车的质量为M，为了使，应当满足的条件是_______________（结果保留两位有效数字）。若不满足此条件，在描绘图像时可能出现图线__________。（选填“A”、“B”或“C”）

【答案】     2.00     系统     ##0.053     B
【解析】
（1）[1]根据逐差法可得

（2）[2]小车和砝码、砝码盘一起运动，根据牛顿第二定律有


可得小车受到的拉力

即实际拉力小于，本实验用砝码和砝码盘受到的重力代表小车受到的拉力，只有

才有

此误差为系统误差
[3]依题意

与

联立，可得

解得

[4]若不满足此条件，图像会出现弯折，若砝码质量非常大，小车加速度会趋于自由落体加速度g（为一定值）。
故选B。
3．某实验小组利用图示的装置探究“物体加速度与质量的关系”。

（1）下列做法正确的是___________（填字母代号）
A．调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行
B．在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴木块上
C．实验时，先放开木块再接通打点计时器的电源
D．通过增减木块上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度
（2）为了保证在改变木块上的砝码质量时，木块所受的拉力近似不变，砝码桶及桶内砝码的总质量应满足的条件是___________。
（3）甲、乙两同学在同实验室，各取一套图示的装置放在水平桌面上，木块上均不放砝码，在没有平衡摩擦力的情况下，研究加速度a与拉力F的关系，分别得到图中甲、乙两条直线。设甲、乙用的木块质量分别为、，甲、乙用的木块与木板间的动摩擦因数分别为，，由图可知，___________，___________。（填“大于”、“小于”或“等于”）

【答案】     AD##DA     远小于木块和木块上砝码的总质量     小于     大于
【解析】
（1）[1]
A．为了保证滑块受到的绳子拉力是恒力，需要调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行，A正确；
B．在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，不能将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴木块上，B错误；
C．实验时，先接通打点计时器的电源再放开木块，C错误；
D．平衡摩擦力后，每次改变木块上的砝码质量时，只要保持倾角不变，不需要重新调节木板倾斜度，D正确；
故选AD。
（2）[2]为了保证在改变木块上的砝码质量时，木块所受的拉力近似不变，以木块和木块上砝码为对象，根据牛顿第二定律可得

以砝码桶及桶内砝码为对象，根据牛顿第二定律可得

联立可得

可知在改变时，为了使绳子拉力几乎等于砝码桶及桶内砝码总重力，需要砝码桶及桶内砝码的总质量远小于木块和木块上砝码的总质量；
（3）[3][4]根据牛顿第二定律可得

解得

由图像的斜率和纵轴截距大小关系可得


可知小于，大于。
4．某同学用如图所示装置研究“小车加速度与外力的关系”。

（1）为了消除小车与木板之间摩擦力的影响，该同学采用了阻力补偿的方法，下列操作正确是( )
A．将木板不带滑轮的一端适当垫高，使小车在钩码拉动下拉着纸带恰好做匀速运动
B．将木板不带滑轮的一端适当垫高，使小车在钩码拉动下拉着纸带恰好做匀加速运动
C．将木板不带滑轮的一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车拉着纸带恰好做匀速运动
D．将木板不带滑轮的一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车拉着纸带恰好做匀加速运动
（2）实验时一定要进行的操作是______；
A．用天平测出小车质量
B．连接小车的细线与长木板平行
C．小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车
D．为减小误差，实验中一定要保证小车的质量远大于钩码和传感器的总质量
（3）该同学在保持小车质量不变的情况下，按实验步骤，测量出多组a、F（力传感器的示数）值，并作出关系图像，则图像可能是下列中的________；

【答案】     C     BC##CB     A
【解析】
（1）[1]在平衡摩擦力时，是利用重力沿斜面向下的分力与摩擦力平衡，所以需要将木板不带滑轮的一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车拉着纸带恰好做匀速运动，C正确，ABD错误；
故选C。
（2）[2]
A．该同学是要研究“小车加速度与外力的关系”，只要控制小车质量不变就可以了，不需要测小车的质量，A错误；
B．为了保证小车受到的细线拉力为恒力，连接小车的细线需要与长木板平行，B正确；
C．为了充分利用纸带，小车释放位置要靠近打点计时器，并先接通电源，待打点稳定后再释放小车，C正确；
D．该装置利用拉力传感器得到细线拉力，故细线拉力不需要用钩码和传感器的总力代替，故不需要保证小车的质量远大于钩码和传感器的总质量，D错误；
故选BC。
（3）[3]该同学已经在第（1）中平衡了小车受到的摩擦力，细线拉力通过拉力传感器得到，根据牛顿第二定律可得

可得

小车的质量保持不变，故图像为一条过原点的直线，A正确，BCD错误；
故选A。

1．（2022·上海黄浦·二模）某同学用如图a所示的装置验证加速度与力的关系。

（1）为平衡摩擦力，将轨道一端略抬高，给小车一初速度使其在轨道上运动，利用位移传感器获得小车的速度-时间图像如图b，则应适当___________（选填“增大”“减小”）轨道倾角。平衡摩擦后，操作中要控制___________（选填“小车”“钩码”）的质量不变。

序号
F/N
a/m·s-2
1
0.14
0.39
2
0.19
0.53
3
0.24
0.67
4
0.25
0.80
5
0.34
0.94

（2）经过正确操作，所测量的拉力与加速度的数据如右表。请在图c。中用“×”补充完成序号为 4、5 的数据描点并做出 a-F 图像。 ___________

（3）某同学对“将钩码的重力大小视为小车所受拉力的大小”的做法提出质疑，并开展了如下研究：他在小车上固定一个力传感器，可直接测得小车所受拉力。测得小车与传感器总质量为 0.486kg，改变钩码质量，多次实验，测得多组钩码重力与小车所受拉力，图d。中的图线①、②分别为钩码重力、小车所受拉力随钩码质量变化的关系图像。请根据图像，针对该同学的质疑给出回答。 ___________

【答案】     减小     小车          当钩码质量远小于小车质量时，钩码的重力大小可近似视为小车所受的拉力大小
【解析】
（1）[1] 图b 可知小车获得一初速度后做匀加速运动，说明重力沿斜面向下的分力大于摩擦力，应适当减小轨道倾角。
[2] 该实验要验证加速度与力的关系，平衡摩擦后，操作中要控制小车的质量不变。
（2）[3]
（3）[4]由图像d可知，当钩码质量远小于小车质量时，钩码的重力大小可近似视为小车所受的拉力大小。
2．（2022·湖南·长郡中学二模）在某次探究加速度与力、质量的关系的实验中，甲、乙、丙、丁四位同学分别设计了如图所示的实验装置，小车总质量用M，重物质量用m表示。

（1）为便于测量合力的大小，并得到小车总质量一定时，小车的加速度与所受合力成正比的结论，下列说法正确的是________。（填选项字母）
A．四组实验中只有甲需要平衡摩擦力
B．四组实验都需要平衡摩擦力
C．四组实验中只有甲需要满足所挂重物质量m远小于小车的总质量M的条件
D．四组实验都需要满足所挂重物质量m远小于小车的总质量M的条件
（2）按甲同学设计装置完成实验，并根据实验得到的数据，画出小车的图像如图所示，从图像中可以得出，当小车的质量为0.5kg时，它的加速度为_______m/s2。

（3）若乙、丙、丁三位同学发现某次测量中力传感器和弹簧测力计读数相同，通过计算得到小车加速度均为a，则乙、丙、丁实验时所用小车总质量之比为_______。
【答案】     BC##CB     1     2∶1∶1
【解析】
（1）[1]AB．四组实验中长木板都是水平放置，都需要平衡摩擦力，故A错误，B正确；
CD．四组实验中，乙、丁都能用弹簧测力计测量绳的拉力，丙用力的传感器测量绳的拉力，只有甲不能测量绳的拉力，用重物的重力替代绳的拉力，需要满足所挂重物质量m远小于小车的总质量M的条件，故C正确，D错误。
故选BC。
（2）[2]根据牛顿第二定律得

根据图像得

当小车的质量为0.5时，它的加速度为

（3）[3]乙、丙、丁实验时所用小车总质量之比为

3．（2022·山东日照·三模）某同学利用图甲所示的装置探究“加速度与合外力的关系”，实验操作步骤如下∶

（i）挂上沙桶（含沙砾），改变木板的倾角，使小车拖着纸带沿木板匀速下滑；
（ii）取下沙桶，测出沙桶（含沙砾）的质量m，让小车沿木板下滑，测出加速度大小a；
（iii）改变沙桶内沙砾的质量和木板倾角，多次测量，通过作图可得的关系。
回答以下问题∶
（1）实验中必要的是______
A．与小车相连的细线必须与长木板平行
B．平衡摩擦力时要取下细绳和沙桶
C．先接通打点计时器的电源再释放小车
D．电火花打点计时器应选用4~6V交变电源
（2）实验获得多条纸带，其中一条如图乙所示，计数点a、b、c、d、e间均有四个点未画出，电源的频率是50Hz，小车的加速度大小a=___m/s2（保留两位有效数字）。
（3）把沙桶（含沙砾）的重力mg作为小车受到的合力F，作出图像，当沙桶（含沙砾）的质量接近小车的质量后，可能会出现图丙中的图线____（选填①、②或③）。

【答案】     AC##CA     0.48     ②
【解析】
（1）[1]AB．步骤（i）中，当小车拖着纸带匀速下滑时，由平衡条件有
，
步骤（ii）中，小车加速下滑时

联立可得

即小车加速下滑时，合力大小等于沙桶（含沙砾）的总重力mg。可知，与小车相连的细线必须与长木板平行,平衡摩擦力时要挂上细绳和沙桶，A正确，B错误；
C．先接通打点计时器的电源，待打点稳定后再释放小车，C正确；
D．电火花打点计时器应选用220V交变电源，D错误。
故选AC；
（2）[2]相邻计数点时间间隔为

根据匀变速直线运动规律，采用逐差法求解加速度


（3）[3]由知，mg=F，有

图像的斜率表示小车质量的倒数，小车质量不变，a与F成正比例关系，图线斜率不变，故选②。
4．（2022·天津·耀华中学一模）某同学采用如图甲所示的实验装置探究加速度和力的关系，其中小车的质量为M，砂和砂桶的总质量为m（滑轮光滑），交流电频率为f=50Hz。

（1）本实验中____________（需要或不需要）满足m