新高考浙江版2025届高考物理一轮总复习训练第3单元4探究加速度与物体受力物体质量的关系(人教版)

这是一份新高考浙江版2025届高考物理一轮总复习训练第3单元4探究加速度与物体受力物体质量的关系(人教版)，共6页。试卷主要包含了55 cm,x2=0等内容，欢迎下载使用。

甲
(1)下面列出了一些实验器材:电磁打点计时器、纸带、带滑轮的长木板、垫块、小车和砝码、砂和砂桶。除以上器材外,还需要的实验器材有 。
A.天平
B.秒表
C.刻度尺(最小刻度为1 mm)
D.低压交流电源
(2)此实验中需要满足一些条件,下列做法正确的是 。
A.小车放在长木板上,反复调节长木板的倾斜程度,直至轻推小车使其在不受绳的拉力下沿长木板做匀速运动
B.小车放在长木板上,后面固定一条纸带,纸带穿过打点计时器。反复调节长木板的倾斜程度,直至轻推小车使其在不受绳的拉力下沿长木板做匀速运动
C.实验中,不需要满足砂和砂桶的总质量m与小车和车上砝码的总质量m'之间m≪m'的条件
D.实验中,为了保证砂和砂桶所受的重力近似等于使小车做匀加速运动的拉力,砂和砂桶的总质量m与小车和车上砝码的总质量m'之间应满足的条件是m≪m'
(3)某次实验得到的纸带如图乙所示,交变电流的频率为50 Hz,在相邻两计数点间都有四个打点未画出,用刻度尺测得:x1=0.55 cm,x2=0.94 cm,x3=1.35 cm,x4=1.76 cm,x5=2.15 cm,x6=2.54 cm。
乙
①打下“3”点时小车的瞬时速度大小v3= m/s。
②小车的加速度大小a= m/s2。(计算结果均保留2位有效数字)
(4)另一小组在研究“小车质量一定时,加速度与力的关系”实验时,用改变砂的质量的办法来改变对小车的作用力F,然后根据测得的数据作出a-F图像,如图丙所示。发现图像既不过原点,末端又发生了弯曲,可能的原因是 。
丙
A.没有平衡摩擦力,且小车质量较大
B.平衡摩擦力时,木板的倾斜角度过大,且砂和砂桶的质量较大
C.平衡摩擦力时,木板的倾斜角度过小,且砂和砂桶的质量较大
D.平衡摩擦力时,木板的倾斜角度过小,且小车质量较大
2.实验小组做“探究在质量不变的情况下物体的加速度与所受合外力关系”的实验。实验装置示意图如图甲所示。
甲
(1)该实验中 (选填“需要”或“不需要”)保证砂和砂桶的总质量m远小于小车的质量m'。
(2)实验中选择的一条合适的纸带如图乙所示(纸带上相邻的两个计数点之间还有4个计时点没有画出),相关的测量数据已标在纸带上,已知打点计时器的打点频率为50 Hz,则小车的加速度a= m/s2(结果保留两位有效数字)。
乙
(3)保持小车的质量不变,改变砂桶中砂的质量,记录多组传感器的读数F和对应纸带的加速度a的数值,并根据这些数据,绘制出如图丙所示的a-F图像,分析此图像不过原点的原因可能是 ,实验所用小车的质量为m'= kg(结果保留两位有效数字)。
丙
(4)小组同学又利用“验证牛顿第二定律”的实验器材测量滑块和长木板之间的动摩擦因数。如图丁所示,带滑轮的长木板水平放置,力传感器在墙上,轻绳分别跨过固定在滑块和长木板上的滑轮,与力传感器和砂桶连接。在砂桶重力作用下滑块沿长木板做匀加速直线运动,滑块右侧纸带通过打点计时器打出一系列点迹,轻绳拉力可由力传感器直接读出。轻绳与长木板平行,且不计轻绳与各滑轮之间的摩擦。若力传感器示数为F,滑块的质量为m,重力加速度为g,用a表示滑块的加速度,则滑块与桌面之间的摩擦因数表达式为μ= 。
丁
3.(2023浙江金华统考三模)物理小组准备选用以下四种方案来完成“探究加速度与合外力的关系”的实验,绳子和滑轮均为轻质,请回答下列问题:
甲
乙
丙
丁
(1)四种方案中,需要平衡摩擦力的方案是 。
(2)四种方案中,需要满足重物或钩码质量远小于小车的质量的方案是 。
(3)某一小组同学用图乙的装置进行实验,得到如图戊所示的一条纸带(相邻两计数点间还有四个点没有画出),已知打点计时器使用的是频率为50 Hz的交变电流。根据纸带可求出小车在E点的瞬时速度为 m/s,加速度为 m/s2。(计算结果保留三位有效数字)
戊
(4)另一组学生用图乙的装置测量小车的质量m',及小车与木板的动摩擦因数μ,通过增减悬挂钩码的数目进行多次实验,通过分析纸带求出相应实验时小车的加速度,得到多组力传感器示数F和小车加速度a的数据,作出如图己所示的a-F图像。由图像可求得小车的质量m'= kg,小车与长木板间的动摩擦因数μ= 。(计算结果保留两位有效数字)
己
参考答案
实验练4 探究加速度与物体受力、物体质量的关系
1.答案 (1)ACD (2)BD (3)0.16 0.40 (4)C
解析 (1)实验中,将砂和砂桶所受的重力近似等于使小车做匀加速运动的拉力,因此需要测量砂、砂桶和小车的质量,需要用到天平,A正确;打点计时器自身就是一种计时仪器,实验中不需要用到秒表,B错误;实验中需要测量纸带上点迹之间的距离,需要用到刻度尺,C正确;电磁打点计时器正常工作需要低压交流电源,D正确。
(2)平衡摩擦力时,将小车放在长木板上,后面固定一条纸带,纸带穿过打点计时器。反复调节长木板的倾斜程度,直至轻推小车使其在不受绳的拉力下沿木板做匀速运动,此时纸带上的点迹均匀分布,A错误,B正确;对砂和砂桶分析有mg-FT=ma,对小车分析有FT=m'a,则有FT=可知,当m≪m'时,才有FT≈mg,即实验中,为了保证砂和砂桶所受的重力近似等于使小车做匀加速运动的拉力,砂和砂桶的总质量m与小车和车上砝码的总质量m'之间应满足的条件是m≪m',C错误,D正确。
(3)由于相邻两计数点间都有四个打点未画出,则相邻计数点之间的时间间隔为T=5×s=0.1s,则打下“3”点时小车的瞬时速度大小v3=m/s=0.16m/s。
根据逐差法可求得加速度为a==
m/s2=0.40m/s2。
(4)图像与横轴正方向相交,说明开始砂和砂桶质量较小,不为零时,即细线中有一定拉力时,小车没有运动,加速度为零,表明没有平衡摩擦力,或者平衡摩擦力时,木板的倾角过小。根据上述可知当m≪m'时,才有FT≈mg,此时实验图像与理论图像几乎重合,为一条直线,当砂和砂桶质量较大时,已经不满足m≤m',此时实验图像与理论图像有较大偏差,实验图像发生弯曲,即图中图像既不过原点,末端又发生了弯曲,原因是平衡摩擦力时,木板的倾斜角度过小,且砂和砂桶的质量较大。故选C。
2.答案 (1)不需要 (2)0.75 (3)未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足 1.0 (4)
解析 (1)该实验中采用拉力传感器测量绳的拉力,并不是采用砂和砂桶的总重力替代绳的拉力,所以该实验不需要保证砂和砂桶的总质量m远小于小车的质量m'。
(2)小车的加速度为a=m/s2=0.75m/s2。
(3)根据图像,小车受到拉力时加速度等于零,表明没拉动小车,所以此图像不过原点的原因可能是未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足;
根据牛顿第二定律得2F-Ff=m'a
解得a=F-
根据图像得
解得m'=1.0kg。
(4)根据牛顿第二定律得2F-μmg=ma
解得μ=。
3.答案 (1)甲、乙、丙 (2)丙 (3)1.01 2.00 (4)0.29 0.14
解析 (1)四种方案中,甲、乙、丙三个方案中小车均受到比较大的摩擦阻力作用,都需要进行“补偿阻力”,丁方案中由于滑块与气垫导轨间的摩擦力可以忽略不计,则不需要进行“补偿阻力”。故四种方案中,需要进行“补偿阻力”的方案是:甲、乙、丙。
(2)四种方案中,甲方案可以通过弹簧测力计测得绳子拉力,乙、丁方案都可以通过力传感器测得绳子拉力,而丙方案需要用重物的重力近似等于绳子拉力,为了减小误差,丙方案需要满足重物质量远小于小车的质量。
(3)相邻两计数点间还有四个点没有画出,可知相邻计数点时间间隔为
T=5×0.02s=0.1s
根据匀变速直线运动中间时刻的速度等于该段过程的平均速度,则小车在E点的瞬时速度为
vE=m/s≈1.01m/s
根据逐差法可得,小车的加速度为
a==
m/s2≈2.00m/s2。
(4)以小车为研究对象,根据牛顿第二定律可得
2F-μm'g=m'a
可得a=·F-μg
可知a-F图像的斜率为
kg-1=7kg-1
解得小车的质量为
m'=kg≈0.29kg
a-F图像的纵轴截距为
-μg=-1.4m/s2
解得小车与长木板间的动摩擦因数为
μ=≈0.14。