2022版高考物理一轮复习训练：第3章 实验4 验证牛顿第二定律

第三章　实验四

知识巩固练习

1．(2021年德州检测)如图所示为“探究加速度与物体受力和质量的关系”实验装置图．图中A为小车，B为装有砝码的托盘，C为一端带有定滑轮的长木板，小车通过纸带与电火花计时器相连，计时器接50 Hz交流电．小车的质量为m1，托盘(及砝码)的质量为m2．

(1)下列说法中正确的是________．

A．每次改变小车质量时，应重新平衡摩擦力

B．实验时应先释放小车后接通电源

C．本实验m2应远大于m1

D．在用图像探究加速度与质量的关系时，应作a－图像

(2)实验时，某同学因疏忽遗漏了平衡摩擦力这一步骤，他测量得到的a－F图像如图所示，可能是图中的图线________．(填“甲”“乙”或“丙”)

【答案】(1)D　(2)丙

【解析】(1)平衡摩擦力，假设木板倾角为θ，则有f＝mgsin θ＝μmgcos θ，m约掉了，故不需要重新平衡摩擦力，A错误；实验时应先接通电源后释放小车，故B错误；让小车的质量m1远大于托盘(及砝码)的质量m2，因为绳子的拉力F＝m1a＝m2g，故应该是m2≪m1，故C错误；F＝m1a，所以a＝F，当F一定时，a与成正比，故D正确．

(2)遗漏了平衡摩擦力这一步骤，就会出现当有拉力时物体不动的情况．故图线为丙．

2．(2021届长春质检)如图1所示，为“探究加速度与力、质量的关系”实验装置及数字化信息系统，以此获得了小车加速度a与钩码的质量及小车和砝码的质量对应关系图．钩码的质量为m1，小车和砝码的质量为m2，重力加速度为g．

(1)下列说法正确的是______．

A．每次在小车上加减砝码时，应重新平衡摩擦力

B．实验时若用打点计时器应先释放小车后接通电源

C．本实验m2应远小于m1

D．在用图像探究加速度与质量关系时，应作a－图像

(2)实验时，某同学由于疏忽，遗漏了平衡摩擦力这一步骤，测得F＝m1g，作出a－F图像，他可能作出图2中____(填“甲”“乙”或“丙”)图线．此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是______．

A．小车与轨道之间存在摩擦 B．导轨保持了水平状态

C．钩码的总质量太大 D．所用小车的质量太大

(3)实验时，某同学遗漏了平衡摩擦力这一步骤，若轨道水平，他测量得到的－a图像为图3．设图中直线的斜率为k，在纵轴上的截距为b，则小车与木板间的动摩擦因数μ＝________．

【答案】(1)D　(2)丙　C　(3)

【解析】(1)平衡摩擦力，假设木板倾角为θ，则有f＝mgsin θ＝μmgcos θ，约去了m，每次在小车上加减砝码时，不需要重新平衡摩擦力，故A错误．实验时应先接通电源后释放小车，故B错误．让小车的质量m2远大于钩码的质量m1，因为实际上绳子的拉力F＝m2a＝，故应该是m1≪m2，故C错误．由牛顿第二定律F＝ma，所以a＝，在用图像探究小车的加速度与质量的关系时，通常作a－ 图像，故D正确．

(2)遗漏了平衡摩擦力这一步骤，就会出现当有拉力时物体不动的情况，故可能作出图2中的丙图线．此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是钩码的总质量太大，没有远小于小车和砝码的质量，故选C．

(3)根据牛顿第二定律可知m1g－μm2g＝m2a，变形＝＋a，结合－a图像可得，斜率k＝，截距b＝，所以小车与木板间的动摩擦因数为μ＝．

综合提升练习

3．用图甲所示装置探究加速度与力、质量的关系．请思考并完成相关内容：

　(1)实验时，为了平衡摩擦力，以下操作正确的是________．

A．适当调整木板右端的高度，直到连着沙桶的小车被轻推后沿木板做匀速运动

B．取下沙桶，适当调整木板右端的高度，直到小车被轻推后沿木板做匀速运动

C．取下沙桶，适当调整木板右端的高度，直到小车缓慢沿木板做直线运动

(2)图乙是实验中得到的一条纸带，已知相邻计数点间还有四个点未画出，打点计时器所用电源频率为50 Hz，由此可求出小车的加速度a＝________m/s2(计算结果保留3位有效数字)．

(3)一组同学在保持木板水平时，研究小车质量一定的情况下加速度a与合外力F的关系，得到如图丙中①所示的a－F图线．则小车运动时受到的摩擦力f＝________N；小车质量M＝________kg．若该小组正确完成了步骤(1)，得到的a－F图线应该是图丙中的________(填“②”“③”或“④”)．

【答案】(1)B　(2)1.60　(3)0.10　0.20　②

【解析】(1)平衡摩擦力时，取下沙桶，适当调整木板右端的高度，直到小车被轻推后沿木板做匀速运动，故B正确．

(2)根据Δx＝aT2，运用逐差法得，a＝＝×10－2 m/s2≈1.60 m/s2．

(3)根据图①知，当F＝0.10 N时，小车才开始运动，可知小车运动时受到的摩擦力f＝0.10 N，图线的斜率表示质量的倒数，则M＝ kg＝0.20 kg．

平衡摩擦力后，a与F成正比，图线的斜率不变，故正确图线为②．

4．如图甲所示，一端带有定滑轮的长木板上固定有A、B两个光电门，与之相连的计时器可以显示带有遮光片的小车在其间的运动时间，与跨过定滑轮的轻质细绳相连的轻质测力计能显示挂钩处所受的拉力．不计空气阻力及一切摩擦．

甲

(1)在探究“合外力一定时，加速度与质量的关系”时，要使测力计的示数等于小车所受合外力，操作时必须满足________________；要使小车所受合外力一定，操作时必须满足________________________．

实验时，先测出小车质量m，再让小车从靠近光电门B处由静止开始运动，读出小车在两光电门之间的运动时间t．改变小车质量m，测得多组m、t的值，建立坐标系描点作出图线．下列能直观得出“合外力一定时，加速度与质量成反比”的图像是________．

(2)如图乙所示，抬高长木板的左端，使小车从靠近光电门B处由静止开始运动，读出测力计的示数F和小车在两光电门之间的运动时间t0，改变木板倾角，测得多组数据，得到的F－的图像如图丙所示．

乙　　　　　　　　　丙　

实验中测得两光电门的距离L＝0.80 m，沙和沙桶的总质量m1＝0.34 kg，重力加速度g取9.8 m/s2，则图线的斜率为________(结果保留2位有效数字)；若小车与长木板间的摩擦不能忽略，测得的图线斜率将________(填“变大”“变小”或“不变”)．

【答案】(1)小车与滑轮间的细绳与长木板平行　沙和沙桶的总质量远小于小车的质量　C

(2)0.54 kg·m或0.54 N·s2　不变