专题2.2 探究加速度和力与质量的关系、验证机械能守恒定律-2023年高考物理靶向专项强化训练（三大题型+冲刺模拟）

2023年高考物理靶向专项强化训练

专题2.2 探究加速度和力与质量的关系、验证机械能守恒定律

1．如图甲所示，利用装置探究加速度和力之间的关系，设小车的质量为M，砂子和桶的总质量为m，不考虑绳与滑轮间的摩擦，滑轮质量忽略不计。

（1）实验过程中，下列说法正确的是___________。

A．实验前需要测量出小车的质量

B．实验中砂子和桶的总质量m一定要远小于小车的质量M

C．实验前，需将长木板靠近打点计时器的一端垫高，以平衡摩擦力

D．改变砂子和桶的总质量，测量多组数据，作出a一F图像

（2）如图乙是实验中得到的一条纸带，相邻两计数点间还有四个点没画出。已知打点计时器所接交流电的频率为50Hz，根据纸带可求出加速度大小为___________m/s2（结果保留两位有效数字）。

（3）改变桶内砂子的质量，多次实验，以力传感器的示数F为横轴，小车的加速度a为纵轴，作出a-F图像，根据图像可求得小车的质量M=___________kg（结果保留两位有效数字）。

2．某学习小组用如图甲所示的装置探究加速度与合力的关系。左、右两个相同的砝码盘中各装有5个质量均为50g的砝码，装置中左端砝码盘的下端连接纸带。现将左端砝码盘中的砝码逐一地放到右端砝码盘中，并将两砝码盘由静止释放，运动过程两盘一直保持水平，通过纸带计算出与转移的砝码个数n相对应的加速度a，已知交流电的频率为50Hz。

（1）某次实验，该组同学得到了如图乙所示的一条纸带，每5个点取1个计数点。所有测量数据如图乙所示，则该次实验得到的加速度为______。

（2）若该组同学得到的部分图像如图丙所示，重力加速度，则每个砝码盘的质量为______g。

3．某实验小组利用图（a）所示装置探究加速度与物体所受合外力的关系。主要实验步骤如下：

（1）用游标卡尺测量垫块厚度，示数如图（b）所示，__________；

（2）接通气泵，将滑块轻放在气垫导轨上，调节导轨至水平；

（3）在右支点下放一垫块，改变气垫导轨的倾斜角度；

（4）在气垫导轨合适位置释放滑块，记录垫块个数和滑块对应的加速度；

（5）在右支点下增加垫块个数（垫块完全相同），重复步骤（4），记录数据如下表：

根据表中数据在图（c）上描点，绘制图线__________。如果表中缺少的第4组数据是正确的，其应该是__________,由图线可得气垫导轨两支点间的长度为__________m。（结果都保留三位有效数字，g=9.8m/s2）

4．用图甲装置研究“小车（含拉力传感器）质量一定时，加速度与合外力的关系”，实验步骤如下：

①细绳一端绕在电动机上，另一端系在拉力传感器上，将小车放在长板的P位置，调整细绳与长板平行，启动电动机，使小车沿长板向下做匀速运动，记录此时拉力传感器的示数；

②撤去细绳，让小车从P位置由静止开始下滑，设小车受到的合外力为F，通过计算机可得到小车与位移传感器的距离随时间变化的图像，并求出小车的加速度a；

③改变长板的倾角，重复步骤①②可得多组F、a数据：

完成下列相关实验内容：

（1）在步骤①②中，______F（选填“=”“>”或“<”）；

（2）本实验________（选填“需要”“不需要”）平衡小车所受到的摩擦力；

（3）某段时间内小车的图像如图乙，根据图像可得小车的加速度大小为_______（计算结果保留两位小数）；

（4）分析表中的F、a数据可知：在误差允许范围内，小车质量一定时，__________。

5．某实验小组想利用实验室里的弹簧弹射器（内壁光滑）等器材来测量弹簧的弹性势能，将质量为m的弹丸（可看作质点）压缩弹簧到位置P，由静止弹射出去，忽略一切阻力，通过弹丸的初动能从而求得弹簧的弹性势能：

（1）甲小组的同学设计的实验装置方案如图甲所示，用铁架台固定住弹射器，实验中测量了弹丸的水平位移x和弹丸下落的高度h，则在安装弹射器时应注意________；弹簧的弹性势能表达式为__________.

（2）乙小组的同学设计了如图乙所示装置，水平台面左侧固定弹射器，右侧的位置各安装一个光电门，计时器（图中未画出）与两个光电门相连，并用刻度尺测得两点间的水平距离x.计时器记录下弹丸从A到B所用的时间t.

①弹丸被弹射出的速度大小的表达式是________；静止释放弹丸时，弹簧的弹性势能_______.（均用题中字母符号表示）

②弹丸被弹射出去后，由于重力作用其运动轨迹会向下有所偏转，这对实验结果_______（填“有”或“没有”）影响.

（3）请任选一组实验，给出一条能减小实验误差的建议：_______.

6．某实验小组利用下图装置验证系统机械能守恒。跨过定滑轮的轻绳一端系着物块A，另一端穿过中心带有小孔的金属圆片C与物块B相连，A和B质量相等。铁架台上固定一圆环，圆环处在B的正下方。将B和C由距圆环高为处静止释放，当B穿过圆环时，C被搁置在圆环上。在铁架台P1、P2处分别固定两个光电门，物块B从P1运动到P2所用的时间t由数字计时器测出，圆环距P1的高度，P1，P2之间的高度，重力加速度g取9.8m/s2。

（1）B穿过圆环后可以视为做_______直线运动；

（2）为了验证系统机械能守恒，该系统应选择_______（选填“A和B”或“A、B和C”）；

（3）测得B通过P1P2的时间，A、B的质量均为0.3kg，C的质量为0.2kg，则该实验中系统重力势能减少量为_______，系统动能增加量为_______，系统重力势能减少量与系统动能增加量有差别的原因是_______（结果保留三位有效数字）

7．为了验证机械能守恒定律，某学习小组用如图1所示的气垫导轨装置（包括导轨、气源、光电门、滑块、遮光条）进行实验。在导轨上选择两个适当的位置A、B安装光电门Ⅰ、Ⅱ，并连接数字计时器；用刻度尺分别测量A、B点到水平桌面的高度h1、h2。

（1）用游标卡尺测量遮光条的宽度d时，游标卡尺的示数如图2所示，则___________mm。

（2）某次实验中，测得滑块通过光电门Ⅰ的时间s，则滑块通过光电门Ⅰ的瞬时速度___________m/s（保留两位有效数字）。

（3）将滑块从光电门Ⅰ左侧某处由静止开始释放，测出滑块通过光电门Ⅰ、Ⅱ的时间分别为和。在误差允许范围内，若___________（用d、、以及重力加速度g表示），则可认为滑块下滑过程中机械能守恒。

（4）另一小组的同学想用如图3所示的装置做此实验。在实验前通过垫块平衡了小车所受的阻力。该小组同学认为，平衡阻力后小车和砂桶系统的机械能是守恒的，你是否同意？并说明理由___________。

8．某实验小组利用如图a所示装置验证小铁球在竖直平面内摆动过程中机械能守恒，将力传感器固定，不可伸长的轻绳一端系住小球，另一端连接力传感器，若某次实验记录轻绳拉力大小随时间的变化如图b所示，其中是实验中测得的最大拉力值。

（1）现用游标卡尺测得小球直径如图c所示，则小球的直径为___________cm；

（2）小球由A点静止释放到第一次回到A点的时间为___________（用含有的符号表示）；

（3）若测得小球质量为m，直径为D，轻绳长为l，小球释放的位置A到最低点的高度差为h，重力加速度为g，小球由静止释放到第一次运动到最低点的过程中，验证该过程小球机械能守恒的表达式为___________（用题中给定的字母表示）。