备考2024届高考物理一轮复习强化训练第三章运动和力的关系实验四探究加速度与物体受力物体质量的关系

这是一份备考2024届高考物理一轮复习强化训练第三章运动和力的关系实验四探究加速度与物体受力物体质量的关系，共4页。试卷主要包含了44　m/s等内容，欢迎下载使用。

图1
（1）实验仪器.用游标卡尺测某金属管的内径，示数如图1所示.则该金属管的内径为 31.4 mm.
（2）数据分析.打点计时器在随物体做匀变速直线运动的纸带上打点，其中一部分如图2所示，B、C、D为纸带上标出的连续3个计数点，相邻计数点之间还有4个计时点没有标出.打点计时器接在频率为50Hz的交流电源上.则打C点时，纸带运动的速度vC＝ 0.44 m/s（结果保留小数点后两位）.
图2
图3
（3）实验原理.图3为“探究加速度与力的关系”的实验装置示意图.认为桶和砂所受的重力等于使小车做匀加速直线运动的合力.实验中平衡了摩擦力后，要求桶和砂的总质量m比小车质量M小得多.请分析说明这个要求的理由.
设绳的拉力为T，小车运动的加速度为a，对桶和砂，有mg－T＝ma；对小车，有T＝Ma，联立解得T＝MM＋mmg，小车受到绳的拉力T等于小车受到的合力F，即F＝MM＋mmg＝11+mMmg，可见，只有桶和砂的总质量m比小车质量M小得多时，才能认为桶和砂所受的重力mg等于使小车做匀加速直线运动的合力F.
解析 （1）内径为31mm＋4×0.1mm＝31.4mm.
（2）由题意知，相邻计数点之间的时间间隔T＝0.1s，vC＝xBD2T＝12.30－3.500.2×10－2m/s＝0.44m/s.
2.[误差分析/2020全国Ⅱ]一细绳跨过悬挂的定滑轮，两端分别系有小球A和B，如图所示.一实验小组用此装置测量小球B运动的加速度.
令两小球静止，细绳拉紧，然后释放小球，测得小球B释放时的高度h0＝0.590m，下降一段距离后的高度h＝0.100m；由h0下降至h所用的时间T＝0.730s.由此求得小球B加速度的大小为a＝ 1.84 m/s2（保留3位有效数字）.
从实验室提供的数据得知，小球A、B的质量分别为100.0g和150.0g，当地重力加速度大小为g＝9.80m/s2.根据牛顿第二定律计算可得小球B加速度的大小为a'＝ 1.96 m/s2（保留3位有效数字）.
可以看出，a'与a有明显差异，除实验中的偶然误差外，写出一条可能产生这一结果的原因： 滑轮的轴不光滑或滑轮有质量 .
解析 小球B做初速度为零的匀加速直线运动，有h0－h＝12aT2，解得a＝1.84 m/s2.
对B由牛顿第二定律有mBg－F＝mBa'，对A由牛顿第二定律有F'－mAg＝mAa'，F'＝
F，解得a'＝(mB-mA)gmB＋mA＝1.96 m/s2.a'和a有明显差异，原因可能是滑轮的轴不光滑或
滑轮有质量.
3.[创新实验/2023湖北]某同学利用测质量的小型家用电子秤，设计了测量木块和木板间动摩擦因数μ的实验.如图（a）所示，木板和木块A放在水平桌面上，电子秤放在水平地面上，木块A和放在电子秤上的重物B通过跨过定滑轮的轻绳相连.调节滑轮，使其与木块A间的轻绳水平，与重物B间的轻绳竖直.在木块A上放置n（n＝0，1，2，3，4，5）个砝码（电子秤称得每个砝码的质量m0为20.0g），向左拉动木板的同时，记录电子秤的对应示数m.
图（a）
图（b）
（1）实验中，拉动木板时 不必 （填“必须”或“不必”）保持匀速.
（2）用mA和mB分别表示木块A和重物B的质量，则m和mA、mB、m0、μ、n所满足的关系式为m＝ mB－μ（mA＋nm0） .
（3）根据测量数据在坐标纸上绘制出m－n图像，如图（b）所示，可得木块A和木板间的动摩擦因数μ＝ 0.40 （保留2位有效数字）.
解析 （1）木块与木板间滑动摩擦力的大小与木板的运动状态无关，则实验时没有必要使木板做匀速直线运动.
（2）对木块、砝码组成的系统，由平衡条件得μ（mA＋nm0）g＝T，对重物B，由平衡条件得mBg＝T＋mg，联立解得m＝mB－μ（mA＋nm0）.
（3）结合图（b）整理上式得m＝－μm0·n＋（mB－μmA），则k＝－μm0，由图（b）可知k＝19－595－0g，由以上解得μ＝0.40.
4.[创新实验/2022山东]在天宫课堂中，我国航天员演示了利用牛顿第二定律测量物体质量的实验.受此启发，某同学利用气垫导轨、力传感器、无线加速度传感器、轻弹簧和待测物体等器材设计了测量物体质量的实验，如图甲所示.主要步骤如下：
①将力传感器固定在气垫导轨左端支架上，加速度传感器固定在滑块上；
②接通气源，放上滑块，调平气垫导轨；
图甲
③将弹簧左端连接力传感器，右端连接滑块.弹簧处于原长时滑块左端位于O点，A点到O点的距离为5.00cm，拉动滑块使其左端处于A点，由静止释放并开始计时；
④计算机采集获取数据，得到滑块所受弹力F、加速度a随时间t变化的图像，部分图像如图乙所示.
图乙
图丙
回答以下问题（结果均保留两位有效数字）：
（1）弹簧的劲度系数为 12 N/m.
（2）该同学从图乙中提取某些时刻F与a的数据，画出a－F图像如图丙中Ⅰ所示，由此可得滑块与加速度传感器的总质量为 0.20 kg.
（3）该同学在滑块上增加待测物体，重复上述实验步骤，在图丙中画出新的a－F图像Ⅱ，则待测物体的质量为 0.13 kg.
解析 （1）初始时弹簧的伸长量为5.00cm，结合图乙可读出弹簧弹力为0.610N，由F＝kx可得弹簧的劲度系数k＝12N/m.
（2）根据牛顿第二定律F＝ma，结合图丙可知a－F图线Ⅰ的斜率的倒数表示滑块与加速度传感器的质量，代入数据得m＝0.20kg.
（3）同理图线Ⅱ的斜率的倒数表示（m＋m测），得m测＝0.13kg.