2022届高考物理一轮复习力学实验专项训练（四）实验：探究加速度与力、质量的关系

2022届高考物理一轮复习力学实验专项训练（四）

实验：探究加速度与力、质量的关系

1.某同学利用如图（a）所示的实验装置验证牛顿第二定律，打点计时器所接交流电的频率为50 Hz。实验过程中，该同学均采用正确的实验步骤进行操作。

（1）图（b）为该同学在某次实验中得到的一条纸带，两相邻计数点间还有四个点未画出，实验数据如图所示，则打C点时小车的速度大小为________m/s，小车的加速度大小为____________；（结果均保留两位有效数字）

（2）在打图（b）所示的纸带时，该同学测得小车的质量为0.929 kg，已知当地的重力加速度，则本次实验中所使用的钩码质量为___________g。

2.某同学设计了如下实验方案：

A．实验装置如图甲所示，一端系在滑块上的轻质细绳通过转轴光滑的轻质滑轮，另一端挂一重力为的钩码，用垫块将长木板的有定滑轮的一端垫起。调整长木板的倾角，直至轻推滑块后，滑块沿长木板向下做匀速直线运动；

B．保持长木板的倾角不变，取下细绳和钩码，接好纸带，接通打点计时器的电源，然后让滑块沿长木板滑下，打点计时器打下的纸带如图乙所示。

请回答下列问题：

（1）图乙中纸带的_____端与滑块相连（选填“左”或“右”）。

（2）图乙中相邻两个计数点之间还有4个打点未画出，打点计时器接频率为的交流电源，根据图乙求出滑块的加速度______。

（3）不计纸带与打点计时器间的阻力，滑块的质量_____(取)。

3.图甲为“测量小车与水平桌面间的动摩擦因数”的实验装置，带滑轮的长木板水平固定，跨过小车上的光滑定滑轮的两根细线均与长木板平行。某实验小组在实验中得到一纸带如图乙所示，为5个相邻的计数点，相邻的两个计数点之间还有四个计时点未画出。已知打点计时器的工作频率为。

（1）现把一直尺紧贴各计数点放置，如图乙所示。点的读数________。

（2）根据纸带数据，可求出小车的加速度________(结果保留2位有效数字)。

（3）若已求出小车的加速度为，读出拉力传感器的示数为，测得小车的质量为，当地的重力加速度为，则小车与水平桌面间的动摩擦因数的计算式为________。

4.用如图所示的装置研究在作用力F一定时,小车的加速度a与小车质量M的关系,某位同学设计的实验步骤如下:

A.用天平称出小车的质量M和小盘(包括其中砝码)的质量m;

B.按图装好实验器材;

C.把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂砝码盘;

D.将电磁打点计时器接在6 V电压的蓄电池上,接通电源,放开小车,打点计时器在纸带上打下一系列点,并在纸带上标明小车的质量;

E.保持小盘及其中砝码的质量不变,增加小车上的砝码个数,并记录每次增加后的M值,重复上述实验;

F.分析每条纸带,测量并计算出加速度的值;

G.作关系图像,并由图像确定关系。

(1)该同学漏掉的重要实验步骤是________,该步骤应排在_______步骤之后。

(2)在上述步骤中,有错误的是_________,应把__________改为_________。

(3)在上述步骤中,处理不恰当的是_________,应把___________改为___________。

5.用如图甲所示的装置可以完成“探究加速度与力、质量的关系”的实验。用总质量为m的托盘和砝码所构成的重物通过细绳牵引小车，使它在长木板上运动，打点计时器在纸带上记录小车的运动情况。

①打点计时器使用的电源是___________（选填选项前的字母）。

A.直流电源  B.交流电源

②实验中，需要平衡摩擦力和其他阻力。正确操作方法是___________（选填选项前的字母）。

A.把长木板右端垫高  B.改变小车的质量

③在____________（选填选项前的字母）且打点计时器打点的情况下，轻推一下小车，若小车拖着纸带做匀速运动，表明已经消除了摩擦力和其他阻力的影响。

A.不悬挂重物  B.悬挂重物

④实验中，为了保证悬挂重物的重力近似等于使小车做匀加速运动的拉力，悬挂重物的总质量m与小车质量M之间应满足的条件是_____________。

A.  B.

⑤安装好实验装置，正确进行实验操作，物体做匀加速直线运动。从打出的纸带中选出符合要求的纸带，如图乙所示（其中一段纸带图中未画出）。图中O点为打出的起始点，且速度为零。选取在纸带上连续打出的点作为计数点。其中测出点距起始点O的距离分别为，如图所示。已知打点计时器打点周期为T。物体运动到E点时的瞬时速度表达式为___________；物体运动的加速度表达式为___________。

⑥该同学在实验中，得到了如图所示的图像，发生这种现象的原因___________。

⑦该同学在分析了原因后，决定改进实验原理。在实验中，他每次改变拉力时，就将小车中的砝码取出，加到托盘中，把托盘和托盘中的砝码总重力视为合力F，对应的加速度a从纸带中计算得出，多次测量后，绘出图像。你认为这种方法能否避免图丙中出现的问题吗？请分析原因。

6.在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中,两个相同的小车放在光滑水平板上,前端各系一条细绳,绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘,盘中可放重物。小车的停和动通过用黑板擦按住小车后的细线和抬起来控制,如图1所示。实验要求小盘和重物所受的重力近似等于使小车做匀加速直线运动的力。

请指出图2中,错误之处:________________。

调整好装置后,在某次实验中测得两小车的位移分别是和,则两车的加速度之比为________。

7.(1)在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中甲同学根据实验数据画出的小车加速度a和小车所受拉力F的图像如图乙中的直线Ⅰ所示,乙同学画出的图像如图乙中的直线Ⅱ所示。直线Ⅰ、Ⅱ在两个坐标轴上的截距都比较大,明显超出了误差范围,下面关于形成这种状况原因的解释正确的是(填字母代号)(   )

A.实验前甲同学没有平衡摩擦力

B.甲同学在平衡摩擦力时,把长木板不带滑轮的一端垫得过高了

C.实验前乙同学没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够

D.乙同学在平衡摩擦力时,把长木板不带滑轮的一端垫得过高了

(2)图丙为另一位同学使用的实验装置示意图,下列说法中正确的是(   )

A.滑轮和小车间的细线应和长木板保持平行

B.将打点计时器接在6 V电压的蓄电池上,先接通电源,后放开小车,打点计时器在纸带上打下一系列点,并在纸带上标明小车质量

C.在探究a与质量M的关系时,作出图像能更直观地判断二者间的关系

D.细线对小车的拉力,一定等于砂和砂桶的总重力

(3)图丙中砂和砂桶的总质量为m,小车和砝码的总质量为M。实验中用砂和砂桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小。

实验中要进行质量m和M的选取,以下最合理的一组是(   )

A.

B.

C.

D.

(4)如图是实验中得到的一条纸带,为7个相邻的计数点,相邻的两个计数点之间还有四个点未画出,量出相邻的计数点之间的距离分别为：。已知打点计时器的工作频率为50 Hz,则小车的加速度____________。(结果保留两位有效数字)

8.—同学用如图甲所示实验装置(打点计时器、纸带图中未画出)探究在水平固定的长木板上物体加速度随着外力变化的关系。分别用不同的重物P挂在光滑的轻质滑轮上,使平行于长木板的细线拉动长木板上的物体A由静止开始加速运动(纸带与打点计时器之间的阻力及空气阻力可忽略)。实验后将物体A换成物体B重做实验,进行数据处理,分别得到了物体的加速度a与轻质弹簧测力计弹力F的关系图像,如图乙中所示。

(1)由图甲判断下列说法正确的是_________。

A.实验时应先接通打点计时器的电源,后释放重物P

B.弹簧测力计的读数F即物体A或B受到的合外力

C.实验中物体A或B的质量应远大于重物P的质量

D.弹簧测力计的读数始终是重物P的重力的一半

(2)该同学实验时将打点计时器接到频率为50 Hz的交流电源上,某次得到一条纸带,打出的部分计数点如图丙所示(每相邻两个计数点间还有4个点,图中未画出)。,则小车的加速度________(结果保留两位有效数字)。

参考答案及解析

1.答案：（1）0.60；0.51

（2）51

解析：（1）由于小车做匀加速直线运动，而C点为两点的时间中点，所以，代入数据可解得，由逐差法可知，代入数据可解得；（2）设轻绳对小车的拉力为T，钩码质量为m，小车质量为M，则由牛顿第二定律可得，，两式联立可得，代入数据可解得。

2.答案：(1)右;(2)1.65;(3)2

解析：(1)因为打点计时器每隔打一个点，两个计数点之间还有4个打点未画出，所以两个计数点的时间间隔为，时间间隔是定值，滑块拖动纸带下落的运动过程中，速度越来越快，所以相等时间内运动的位移越来越大。所以图乙中纸带的右端与滑块相连；

(2)根据利用逐差法,

(3)由A步骤可知,取下细绳和钩码后,滑块受到的合外力,根据牛顿第二定律得：；

3.答案：（1）7.20
（2）0.40
（3）

解析：(1)由图可知，点的读数为；

(2)根据,运用逐差法得,

(3)小车在运动的过程中受到重力、支持力、两根绳子的拉力以及摩擦力，由牛顿第二定律可得：

所以：

4.答案：(1)平衡摩擦力;B

(2)步骤D;蓄电池;交流学生电源

(3)步骤G;关系图像;关系图像

解析：实验中把砝码及盘的重力看作与小车所受合力大小相等,没有考虑摩擦力,故必须平衡摩擦力。电磁打点计时器接在6 V电压的蓄电池上将无法工作,必须接在4~6 V的交流学生电源上。作关系图像,得到的是曲线,很难做出正确的判断,必须“化曲为直”,改作关系图像。

5.答案：①B

②A

③A

④A

⑤；或

⑥未始终满足

⑦见解析

解析：①打点计时器使用的电源是交流电源，故选B。

②③实验中，需要平衡摩擦力和其他阻力。平衡摩擦力的方法是：把木板右端垫高。在不悬挂重物且打点计时器打点的情况下，轻推一下小车，若小车拖着纸带做匀速运动，表明已经消除了摩擦力和其他阻力的影响。

④实验中，为了保证悬挂重物的重力近似等于使小车做匀加速运动的拉力，悬挂重物的总质量m与小车M之间应满足的条件是，故选A。

⑤根据匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度，则物体运动到E点时的瞬时速度表达式为；根据可知，物体运动的加速度表达式为。

⑥小车受到的拉力，当，即重物的总重力远小于小车的重力时，绳子的拉力近似等于重物的总重力，小车的加速度a与重物的重力成正比，如果重物的总质量太大，小车受到的拉力明显小于重物的重力，加速度与重物的重力不成正比，而实验中认为，因此图像发生弯曲，不再是直线；故该同学在实验中，得到了如图的图像，发生这种现象的原因是未始终满足。

⑦能；因为根据，每次改变拉力时就将小车中的砝码取出，加到托盘中，这样就能保证总质量不变，a与成正比，画出的图像就是正比例函数。

6.答案：拉小车的细绳与水平板没有平行;小盘和重物的总质量m没有远小于小车的质量M;

解析：由题图可知,细绳的方向与水平板不平行,此时拉力沿水平方向的分力为小车受到的合外力,误差较大;小盘和重物的总质量m没有远小于小车的质量M,则细绳对小车的拉力小于小盘和重物的总重力,误差较大;两小车运动时间相同,根据运动学公式可得:加速度之比为。

7.答案：(1)BC

(2)AC

(3)C

(4)0.42

解析：(1)图线Ⅰ表明:在小车不受拉力时,小车的加速度不为零,说明合外力不为零,是由于平衡摩擦力过度,即把长木板不带滑轮的一端垫得过高了,故A错误,B正确;图线Ⅱ说明:在拉力不为零时,物体的加速度为零,说明合外力为零,是由于没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足,也就是没有将长木板不带滑轮的一端垫高或垫高不够,故C正确,D错误。

(2)滑轮和小车间的细线应和长木板保持平行,从而保证小车所受的合力等于细线的拉力,故A正确;打点计时器使用交流电,而蓄电池提供的是直流电,故B错误;在探究a与质量M的关系时,作出图像,因为是线性关系,能更直观地判断二者间的关系,故C正确;只有当砂和砂桶的总质量远小于小车和砝码的总质量时,才可认为细线对小车的拉力等于砂和砂桶的总重力,故D错误。

(3)实验中应使m远小于M,故选C。

(4)相邻的两个计数点之间还有四个点未画出,则相邻的两个计数点之间的时间间隔为,由逐差法可得:。

8.答案：(1)A

(2)0.79

解析：(1)实验时应先接通打点计时器的电源,后释放重物P,故A正确;弹簧测力计示数即细线的拉力,但A或B还受木板的摩擦力,故B错误;本实验中细线的拉力可直接通过弹簧测力计读出,所以不要求物体A或B的质量远大于重物P的质量,故C错误;只有当P处于平衡状态时,弹簧测力计的读数才是重物P的重力的一半,故D错误。

(2)交流电源的频率为50 Hz,所以打点周期为0.02 s,每相邻两个计数点间还有4个点,图中未画出,所以相邻计数点的时间间隔,利用逐差法可知,,代入数据可得:。