备战2025届新高考物理一轮总复习练习第3章运动和力的关系第6讲实验探究加速度与物体受力物体质量的关系

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(1)关于实验的要点,下列说法正确的是 。
A.与小车相连的细线与长木板一定要平行
B.为了使小车受到的合外力等于细线上的拉力,应平衡摩擦力
C.为了使细线上的拉力近似等于挂盘和盘中砝码的总重力,应使挂盘和盘中砝码的总质量远小于小车的质量
D.平衡摩擦力的方法为调节挂盘中砝码的质量,使小车能匀速滑动
(2)按规范操作进行实验,在实验中得到如图乙所示的一条纸带(相邻两计数点间还有四个点没有画出),根据纸带可求出打点“3”时,小车的速度大小为 m/s,求出小车的加速度大小为 m/s2。(结果均保留三位有效数字)
(3)严格遵守实验要求,多次改变挂盘中砝码的质量,进行多次实验,记录每次实验时挂盘中砝码的质量m及对应的小车的加速度a,作出a-mg图像,得到的图像应是 。
2.(2024广东高三联考)水平桌面上安装有如图甲所示的装置,可以用来探究加速度与力的关系。绕过动滑轮的两段轻绳均与桌面平行,光电门固定在竖直支架上。
甲
(1)用游标卡尺测量出遮光条的宽度,如图乙所示,遮光条的宽度d= cm。
乙
(2)按图甲组装好器材后,在盒子内放入重物,由静止释放物块,在竖直支架上标记释放时遮光片的中心位置O,记录物块运动过程中力传感器的示数F以及遮光条通过光电门的遮光时间t,测量位置O到光电门的距离s。
(3)多次改变放入盒子内的重物质量,调整物块位置使遮光条中心与支架上的O点平齐,再次由静止释放物块,记录相关数据。
(4)以F为纵坐标、为横坐标作出F-图像,若当地的重力加速度大小为g,图像的斜率为k,图像在纵轴上的截距为b,则物块的质量m= ,物块与桌面间的动摩擦因数μ= 。(均用k、b、d、s、g表示)
3.(2024广东模拟)用如图甲所示的装置探究加速度、力和质量的关系,带滑轮的长木板水平放置,弹簧测力计固定在墙上,小车上固定一定滑轮,细绳通过滑轮连接弹簧测力计和沙桶。
甲
(1)实验时,下列操作必要且正确的是 。
A.用天平测出沙和沙桶的质量
B.将带滑轮的长木板右端适当垫高,以平衡摩擦力
C.为了减小误差,实验中要保证沙和沙桶的总质量远小于小车的质量
D.应当先释放小车,再接通电源
(2)利用打点频率为50 Hz的打点计时器,得到的一条纸带如图乙所示(图中每两个计数点间还有四个点未画出)。
乙
则在该次实验中小车运动的加速度大小为 m/s2(结果保留3位有效数字)。
(3)某同学做实验时,未把长木板的一侧垫高,就继续进行其他实验步骤,该同学作出的小车的加速度a与弹簧测力计示数F的图像如图丙所示,则实验中小车受到的摩擦力大小为 。
丙
4.(2023湖北卷)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。
如图甲所示,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20.0 g),向左拉动木板的同时,记录电子秤的对应示数m。
(1)实验中,拉动木板时 (选填“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= 。
(3)根据测量数据在坐标纸上绘制出m-n图像,如图乙所示,可得木块A和木板间的动摩擦因数μ= 。(保留2位有效数字)
5.(2024广东模拟)某同学用如图甲所示装置验证小车加速度与力的关系。小车通过轻绳与钩码相连,固定在小车上的挡光片宽度为d,光电门固定在轨道上。实验时,将小车从某一位置由静止释放,通过光电门测出挡光片的挡光时间Δt,并记录弹簧测力计的示数F。改变动滑轮下悬挂的钩码个数,从同一位置由静止释放小车,进行多次测量,测得多组Δt和F,根据测得的数据在-F坐标系中,得到如图乙所示的点和一条过原点的直线。
甲
乙
(1)下列关于该实验的说法正确的是 。
A.实验操作过程中需要适度抬高轨道的左端来平衡摩擦力
B.该实验中,钩码的质量需远小于小车的质量
C.小车加速时,弹簧测力计的示数小于所挂钩码所受重力大小的一半
D.在误差允许的范围内,小车的加速度与悬挂的钩码所受重力大小的一半成正比
(2)在实验操作完全正确的情况下,若小车的位移为s,小车的质量为m,则关于F的函数表达式为 。
(3)该同学实验后发现图像在纵轴上有一正截距,原因可能是 。
参考答案
第6讲 实验:探究加速度与物体受力、物体质量的关系
1.答案 (1)ABC (2)0.578 0.882 (3)A
解析 (1)为了使小车受到的合外力等于细线上的拉力,与小车相连的细线与长木板一定要平行,且应平衡摩擦力,A、B正确;对小车,由牛顿第二定律有F=m车a,设挂盘和盘中砝码的总质量为m',对挂盘和盘中砝码有m'g-F'=m'a,又F'=F,解得F=,当m'≪m车时,有F≈m'g,因此为了使细线上的拉力近似等于挂盘和盘中砝码的总重力,应使挂盘和盘中砝码的总质量远小于小车的质量,C正确;平衡摩擦力的方法为不悬挂挂盘,将长木板没有定滑轮的一端垫高,接通打点计时器电源,轻推小车,使小车能匀速滑动,使打点计时器在纸带上打出均匀的点,D错误。
(2)实验所用电源的频率为50Hz,且相邻两计数点间还有四个点没有画出,可知纸带上相邻两计数点间的时间间隔为T=5×0.02s=0.1s,由中间时刻的瞬时速度等于平均速度,可得纸带打点“3”时,小车的速度大小为v3=×10-2m/s=0.578m/s;由Δs=aT2,可得小车的加速度大小为a==
×10-2m/s2=0.882m/s2。
(3)由题意可得mg+m0g=m车a,整理可得a=mg+,可知a与mg是线性关系,因此a-mg图像应是A。
2.答案(1)0.600 (4)
解析 (1)游标卡尺是20分度的,分度值为0.05mm,故遮光条的宽度d=6mm+0×0.05mm=6.00mm=0.600cm。
(4)盒子与重物经过光电门时的速度大小v=,根据匀变速直线运动的规律有v2=2as,可得a=,则物块的加速度大小a物=a=,对物块,根据牛顿第二定律有2F-μmg=ma物,整理得F=,故k=,b=,解得m=,μ=。
3.答案(1)B (2)1.19 (3)2F0
解析 (1)为了使细绳对小车的拉力等于小车所受外力的合力,实验时,需要将带滑轮的长木板右端适当垫高,以平衡摩擦力,故B正确;弹簧测力计能够直接测量出细绳的拉力大小,即可以直接求出小车所受外力的合力,所以实验中不需要用天平测出沙和沙桶的质量,也不需要保证沙和沙桶的总质量远小于小车的质量,故A、C错误;使用打点计时器时,应当先接通电源,后释放纸带,故D错误。
(2)根据逐差法可得小车运动的加速度大小为a=
m/s2=1.19m/s2。
(3)若实验时未把木板的一侧垫高,则有2F-f=ma,所以a=F-,结合图像,将坐标(F0,0)代入函数式,解得f=2F0。
4.答案 (1)不必
(2)m=mB-μ(mA+nm0)
(3)0.40
解析 (1)木块与木板间的滑动摩擦力与两者之间的相对速度无关,则实验中,拉动木板时不必保持匀速。
(2)对木块、砝码以及重物B分析可知μ(mA+nm0)g+mg=mBg
解得m=mB-μ(mA+nm0)。
(3)根据m=mB-μmA-μm0·n
结合题图可知μm0=g=8g
则μ=0.40。
5.答案(1)AC (2)F (3)平衡摩擦力过度
解析 (1)为了使弹簧测力计的读数等于小车所受的合力,实验操作过程中需要适度抬高轨道的左端来平衡摩擦力,选项A正确;该实验中,有弹簧测力计测量小车所受的拉力,所以不需要钩码的质量远小于小车的质量,选项B错误;小车加速时,钩码失重,则弹簧测力计的示数小于所挂钩码所受重力大小的一半,选项C正确;由于弹簧测力计的示数小于所挂钩码所受重力大小的一半,则小车加速度不与悬挂的钩码所受重力大小的一半成正比,选项D错误。
(2)小车经过光电门时的速度v=,又v2=2as,a=,解得F。
(3)图线在纵轴上有一段正截距,说明没有加力F时,小车已经运动,据此可知木板一端抬得过高,小车平衡摩擦力过度。