高考物理一轮复习重难点逐个突破专题22探究加速度与力、质量的关系(原卷版+解析)

这是一份高考物理一轮复习重难点逐个突破专题22探究加速度与力、质量的关系(原卷版+解析)，共42页。试卷主要包含了实验原理，实验器材，实验步骤，数据处理等内容，欢迎下载使用。
1．实验原理
(1)保持质量不变，探究加速度跟合外力的关系．
(2)保持合外力不变，探究加速度与质量的关系．
(3)利用a＝eq \f(Δx,T2)求加速度
(4)作出a－F图像和a－eq \f(1,m)图像，确定a与F、m的关系．
2．实验器材
小车、槽码、细绳、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、低压交流电源、导线、纸带、天平、刻度尺、坐标纸．
3．实验步骤
(1)用天平测量槽码的质量m′和小车的质量m.
(2)按照如图所示装置把实验器材安装好，只是不把悬挂槽码的细绳系在小车上．
(3)在长木板不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块，使小车能匀速下滑．
(4)操作：①槽码通过细绳绕过定滑轮系于小车上，先接通电源后放开小车，断开电源，取下纸带，编号码．
②保持小车的质量m不变，改变槽码的质量m′，重复步骤①.
③在每条纸带上选取一段比较理想的部分，计算加速度a.
④描点作图，作a－F的图像．
⑤保持槽码的质量m′不变，改变小车质量m，重复步骤①和③，作a－eq \f(1,m)图像．
4．数据处理
(1)利用逐差法或v－t图像法求a.
(2)以a为纵坐标，F为横坐标，描点、画线，如果该线为过原点的直线，说明a与F成正比．
(3)以a为纵坐标，eq \f(1,m)为横坐标，描点、画线，如果该线为过原点的直线，就能判定a与m成反比．
5.注意事项
(1)实验前首先补偿阻力：适当垫高木板不带定滑轮的一端，使小车的重力沿斜面方向的分力正好平衡小车和纸带受到的阻力。在补偿阻力时，不要把悬挂槽码的细绳系在小车上，让小车拉着穿过打点计时器的纸带匀速运动（纸带上打出的点迹均匀分布）．
(2)实验过程中不用重复补偿阻力．
(3)实验必须保证的条件：m≫m′.
(4)改变拉力或小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，后释放小车，且应在小车到达滑轮前按住小车．
6.误差分析
(1)实验原理不完善：本实验用小盘和砝码的总重力m′g代替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力。
(2)补偿阻力不准确、质量测量不准确、计数点间距测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差。
1．（2022·河南河南·高一期末）如图甲所示为“探究加速度与力、质量的关系”的实验小车装置（打点计时器等未画出）
（1）本实验需要测量的物理量有三个，分别是________、_________和小车运动的加速度。
（2）“用阻力补偿法探究加速度与力、质量的关系”方案中，下列说法正确的有_________。
A．把木板的一侧垫高，补偿小车受到的阻力时，应装上纸带，不挂钩码，使小车能够沿木板匀速运动
B．实验时应先接通电源后释放小车
C．实验中所挂钩码的质量应远大于小车的质量
D．每次改变小车的质量时，都应重新调节木板的倾斜度
（3）某同学在实验中，打出的一条纸带如图乙所示，他选择了几个计时点作为计数点，相邻两计数点间还有4个计时点没有画出，其中s1=1.48cm、s2=2.09cm、s3=2.71cm、s4=3.30cm，已知交流电的频率为50Hz，则打下D点时小车的速度大小为___________m/s，小车在该运动过程中加速度的大小是___________m/s2。（均保留两位有效数字）
（4）本实验中认为小车受到的拉力等于钩码的重力，实际上是做了近似处理，在操作均正确的情况下，小车受到的拉力F的准确值的表达式是___________。（已知钩码质量m1、小车质量m2，重力加速度为g）
（5）某同学根据测量数据作出如图丙所示的a−F图像，该同学做实验时存在的问题是___________。
2．（2022·北京·北师大二附中高二期末）某物理兴趣小组的同学用图甲所示装置来“验证牛顿第二定律”。同学们在实验中，都将砂和小桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小，通过改变小桶中砂的质量改变拉力。为使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，实验中需要平衡摩擦力。
（1）下列器材中不必要的是________（填字母代号）；
A．低压交流电源 B．秒表 C．天平（含砝码） D．刻度尺
（2）下列实验操作中，哪些是正确的________（填字母代号）；
A．调节滑轮的高度，使牵引小车的细绳与长木板保持平行
B．每次实验，都要先放开小车，再接通打点计时器的电源
C．平衡摩擦力时，将悬挂小桶的细线系在小车上
D．平衡摩擦力时，让小车后面连着已经穿过打点计时器的纸带
（3）图乙是某同学实验中获得的一条纸带。A、B、C为三个相邻的计数点，若相邻计数点之间的时间间隔为T，A、B间的距离为x1，A、C间的距离为x2，则小车的加速度a=_________（用字母表达）；
（4）图丙是小刚和小芳两位同学在保证小车质量一定时，分别以砂和小桶的总重力mg为横坐标，以小车运动的加速度a为纵坐标，利用各自实验数据作出的a-mg图像；
①小刚的图像，可以得到实验结论：_____________；
②小芳与小刚的图像有较大差异，既不过原点，又发生了弯曲，下列原因分析正确的是____________（填字母代号）。
A．图像不过原点，可能是平衡摩擦力时木板倾角过大
B．图像不过原点，可能是平衡摩擦力时木板倾角过小
C．图像发生弯曲，可能是砂和小桶的质量过大
D．图像发生弯曲，可能是小车的质量过大
（5）平衡摩擦力后，小组中一位同学保持砂和小桶总重力mg不变，通过在小车上增加砝码改变小车质量，进行实验并得到实验数据。处理数据时，他以小车和砝码的总质量M为横坐标，1a为纵坐标，作出1a—M关系图像，示意图如图丁所示，发现图线在纵轴上有截距（设为b）。该同学进行思考后预测：若将砂和小桶总重力换成另一定值（(m+Δm)g，重复上述实验过程，再作出1a—M图像。两次图像的斜率不同，但截距相同均为b。若牛顿定律成立，请通过推导说明该同学的预测是正确的_________。
3．（2022·江苏南通·高二期末）小华用如图甲所示的装置“探究加速度与力的关系”。
（1）用垫块将木板左端垫高，以补偿打点计时器对小车的阻力及其他阻力。在不挂托盘的情况下，打出如图乙所示的纸带（从左向右打点），则应该将垫块向______（选填“左”或“右”）移动。
（2）调节好器材进行实验，保持小车质量不变，改变砝码的质量，打出的一条纸带如图丙所示，已知每两个计数点间还有4个点未画出，打点计时器的打点周期为0.02 s，则小车的加速度a=______m/s2。（结果保留两位有效数字）
（3）多次实验，记录的数据如下表所示，表中的前6组数据已在方格纸上描点，请描出后2组数据的对应点，并作出a-F关系图像________。
（4）由a-F图像可得出的结论是______。
（5）小华还利用此装置测算小车与长木板之间的动摩擦因数μ。她让小车在细绳的牵引下水平运动，并通过纸带计算出小车的加速度a，已知托盘及砝码的质量为m，小车的质量为M，重力加速度为g，小车与木板之间的摩擦力可认为是滑动摩擦力，则μ=______（用a、M、m、g表示）。
4．（2022·全国·高三课时练习）某实验小组采用如图甲所示的实验装置，研究小车质量不变时，其加速度a与所受合力F的关系。
（1）在补偿阻力这步操作中，______（选填“需要”或“不需要”）通过细绳把砂桶挂在小车上；
（2）实验中得到的一条纸带如图乙所示，相邻的两计数点之间还有4个点未画出，用毫米刻度尺测量出来的数据已在图中标出。已知打点计时器的打点周期为0.02s，则该小车运动的加速度大小为________m/s2（计算结果保留两位有效数字）；
（3）该实验小组把砂和砂桶的总重力当成小车的合力F，根据实验得出的数据，采用图像法处理数据，画出a-F图像如图丙所示，发现图线上端弯曲，其原因可能是_______________；
（4）关于本实验存在的误差，以下说法正确的是________。
A．在图乙中，每个测量数据均存在偶然误差
B．把砂和砂桶的总重力当成小车的合力导致实验中存在系统误差
C．实验中用图像法处理数据可以减小系统误差
5．“探究加速度与力、质量的关系”实验装置如图甲所示。图中小车的质量为M，钩码的质量为m，小车后面固定一条纸带，纸带穿过电磁打点计时器，计时器接50Hz的交流电。
（1）实验过程中某学生由于疏忽没有平衡摩擦力，他测量得到的a-F图像，可能是图乙中的图线___________；（选填“A”、“B”或“C”）
（2）如图丙所示，某次实验得到的纸带，纸带中相邻计数点间的距离已标出，相邻计数点间还有四个点没有画出。由此可求得小车加速度大小为___________m/s2，在计数点2时速度大小为___________m/s。（保留两位有效数字）
6．（2022·河南郑州·高一期末）小莹同学用如图所示的实验装置探究小车的加速度a与质量m的关系。打点计时器所用交变电流的频率为50Hz。
（1）长木板右侧垫高是为了补偿小车受到的阻力，应调节木板的倾斜度，使小车___________，即可认为完成补偿。
（2）如图是小莹某次实验得到的纸带，她在纸带上选取了A、B、C、D、E、F、G、H八个计数点，相邻两计数点间有四个点未画出，打计数点A的时刻定为计时起点（tA=0），部分实验数据如图所示。
由以上数据可知，t=0.25s时的瞬时速度为___________ms，这次实验小车的加速度a=___________ms2。（小数点后保留2位数字）
（3）小莹同学保持小车所受的拉力不变，改变小车的质量m，分别测得不同质量时小车加速度a、然后小莹画了如下甲、乙两个图像：
下列说法正确的有___________。
A．由图像甲能确定小车的加速度与质量成反比
B．由图像乙能确定小车的加速度与质量成反比
C．由图像乙的斜率可以知道小车受到的拉力大小
D．由图像甲中曲线与坐标轴所围的面积可以知道小车受到的拉力大小
7．（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a−1M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_______。
8．（2022·广东·模拟预测）小华同学设计如图甲的实验装置做“探究加速度与力、质量的关系”创新实验。实验操作步骤如下：
（ⅰ）挂上托盘和适量砝码，改变长木板的倾角，让带遮光片的小车沿长木板匀速下滑。
（ⅱ）取下砝码盘和砝码，读出砝码的质量为m，小车和遮光片的总质量为M。让小车从靠近滑轮处沿长木板下滑，测出加速度a。
（ⅲ）改变砝码质量和木板倾角，多次测量，作出a—mg图，得出a—mg的关系。（g为重力加速度）
（1）用游标卡尺测量遮光片的宽度d，游标卡尺的示数如图乙所示，其读数为______cm；
（2）在步骤（ⅰ）调节长木板倾角，让小车匀速下滑时，发现通过光电门A的时间大于通过光电门B的时间，应______（选填“增大”、“减小”）长木板倾角。
（3）该实验方案______（选填“需要”、“不需要”）满足M≫m。
（4）在图丙A、B、C、D四幅图中，与该实验操作对应的a—mg图应为______。
A． B． C． D．
9．（2022·黑龙江·哈尔滨市第六中学校高二期末）在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，某实验小组利用如图甲所示的装置进行实验，平衡摩擦力后，放开砂桶，小车加速运动，处理纸带得到小车运动的加速度a；保持砂和砂桶总质量不变，增加小车质量m，重复实验多次，得到多组数据。
（1）除了电磁打点计时器、小车、砂桶（及细砂）、细线、附定滑轮的长木板、垫块、导线外，下列器材中必须使用的有______。
A．220V（50Hz）交流电源
B．刻度尺
C．8V低压交流电源
D．天平（附砝码）
E．秒表
（2）用垫块将木板一端垫高，调整垫块位置，平衡小车所受摩擦力及其它阻力。若某次调整过程中打出的纸带如图乙所示（纸带上的点由左至右依次打出），则垫块应该________（选填“往左移”“往右移”或“固定不动”）。
（3）以下实验操作正确的是________。
A．调整长木板上滑轮的高度使细线与长木板平行
B．在调整长木板的倾斜程度平衡摩擦力时，应将砂桶（及细砂）通过细线挂在小车上
C．增大小车质量，需要重新平衡摩擦力
D．小车释放前应靠近打点计时器，且先接通电源，再释放小车
（4）将砂和砂桶的总重力m′g作为小车所受的拉力F时实验存在系统误差。设小车所受拉力的真实值为F真，为使系统误差m′g−F真F真