高考物理分題型多維刷題卷專題12之05 探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系（原卷版）

專題05探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系1.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)裝置圖如圖所示(1)實(shí)驗(yàn)方法：控制變量法。(2)實(shí)驗(yàn)條件：M>m。小盤和砝碼的總重力才可視為小車受到的拉力。(3)平衡摩擦力：適當(dāng)墊高木板的右端，使小車的重力沿斜面方向的分力正好平衡小車和紙帶受到的阻力。在平衡摩擦力時(shí)，不要把懸掛小盤的細(xì)繩系在小車上，讓小車能夠拉著穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶勻速運(yùn)動(dòng)。多次實(shí)驗(yàn)無需重復(fù)平衡摩擦力（用小車所受重力的分力平衡摩擦力，mgsinθ=μmgcosθ，與小車質(zhì)量無關(guān))。2.實(shí)驗(yàn)步驟(阻力補(bǔ)償法)(1)測量：用天平測量小盤和砝碼的總質(zhì)量m和小車的質(zhì)量M。(2)安裝：按照實(shí)驗(yàn)裝置圖把實(shí)驗(yàn)器材安裝好，暫時(shí)不要把懸掛小盤的細(xì)繩系在小車上（即不給小車牽引力）。(3)平衡摩擦力：在長木板不帶定滑輪的一端下面墊上一薄木塊，使小車在不掛砝碼和小盤的情況下能勻速下滑。(4)實(shí)驗(yàn)操作①將小盤通過細(xì)繩繞過定滑輪系在小車上，小車停在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處，先接通電源后釋放小車，打出一條紙帶，取下紙帶，并計(jì)算出小盤和砝碼的總重力，即小車所受的合外力。②保持小車的質(zhì)量M不變，改變砝碼和小盤的總質(zhì)量m，重復(fù)步驟①。③在每條紙帶上選取一段比較理想的部分，測加速度a。④描點(diǎn)作圖，作a-F圖像。⑤保持砝碼和小盤的總質(zhì)量m不變，改變小車質(zhì)量M，重復(fù)步驟①和③，作圖像。3.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理(1)利用及逐差法求a。(2)以a為縱坐標(biāo)，F(xiàn)為橫坐標(biāo)，根據(jù)各組數(shù)據(jù)的點(diǎn)，作出a-F圖像，圖像是一條過原點(diǎn)的直線，說明a與F成正比。(3)以a為縱坐標(biāo)，為橫坐標(biāo)，描點(diǎn)、連線，如果該線為過原點(diǎn)的直線，就能判定a與M成反比。典例1：（2021·湖南·高考真題）某實(shí)驗(yàn)小組利用圖（a）所示裝置探究加速度與物體所受合外力的關(guān)系。主要實(shí)驗(yàn)步驟如下：（1）用游標(biāo)卡尺測量墊塊厚度，示數(shù)如圖（b）所示，___________；（2）接通氣泵，將滑塊輕放在氣墊導(dǎo)軌上，調(diào)節(jié)導(dǎo)軌至水平；（3）在右支點(diǎn)下放一墊塊，改變氣墊導(dǎo)軌的傾斜角度；（4）在氣墊導(dǎo)軌合適位置釋放滑塊，記錄墊塊個(gè)數(shù)和滑塊對(duì)應(yīng)的加速度；（5）在右支點(diǎn)下增加墊塊個(gè)數(shù)（墊塊完全相同），重復(fù)步驟（4），記錄數(shù)據(jù)如下表：1234560.0870.1800.2600.4250.519根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖（c）上描點(diǎn)，繪制圖線___________。如果表中缺少的第4組數(shù)據(jù)是正確的，其應(yīng)該是___________（保留三位有效數(shù)字）。典例2：（2022·山東·高考真題）在天宮課堂中、我國航天員演示了利用牛頓第二定律測量物體質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)。受此啟發(fā)。某同學(xué)利用氣墊導(dǎo)軌、力傳感器、無線加速度傳感器、輕彈簧和待測物體等器材設(shè)計(jì)了測量物體質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)，如圖甲所示。主要步驟如下：①將力傳感器固定在氣墊導(dǎo)軌左端支架上，加速度傳感器固定在滑塊上；②接通氣源。放上滑塊。調(diào)平氣墊導(dǎo)軌；③將彈簧左端連接力傳感器，右端連接滑塊。彈簧處于原長時(shí)滑塊左端位于O點(diǎn)。A點(diǎn)到O點(diǎn)的距離為5.00cm，拉動(dòng)滑塊使其左端處于A點(diǎn)，由靜止釋放并開始計(jì)時(shí)；④計(jì)算機(jī)采集獲取數(shù)據(jù)，得到滑塊所受彈力F、加速度a隨時(shí)間t變化的圖像，部分圖像如圖乙所示?；卮鹨韵聠栴}（結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字）：（1）彈簧的勁度系數(shù)為_____N/m。（2）該同學(xué)從圖乙中提取某些時(shí)刻F與a的數(shù)據(jù)，畫出a—F圖像如圖丙中I所示，由此可得滑塊與加速度傳感器的總質(zhì)量為________kg。（3）該同學(xué)在滑塊上增加待測物體，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟，在圖丙中畫出新的a—F圖像Ⅱ，則待測物體的質(zhì)量為________kg。1．（2022·浙江·模擬預(yù)測）（1）在下列學(xué)生實(shí)驗(yàn)中，需要平衡摩擦力的實(shí)驗(yàn)有______（填字母）A．“探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律” B．“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”C．“研究平拋運(yùn)動(dòng)” D．“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”（2）利用下圖探究“加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)裝置圖，請(qǐng)回答下列問題：①為了探究“加速度與力、質(zhì)量之間的關(guān)系”，需要用到的方法是_________（選填“控制變量法”或“理想實(shí)驗(yàn)法”）。②實(shí)驗(yàn)過程中，為了平衡小車運(yùn)動(dòng)中受到的阻力。在不掛砝碼盤的情況下，應(yīng)該采用下面所述的方法_______（選填“A”、“B”或“C”）。A．逐步調(diào)節(jié)木板的傾斜程度，使靜止的小車開始運(yùn)動(dòng)B．逐步調(diào)節(jié)木板的傾斜程度，使小車在木板上保持靜止C．逐步調(diào)節(jié)木板的傾斜程度，使小車后面的紙帶上所打的點(diǎn)間隔均勻（3）某次實(shí)驗(yàn)中獲得的小車上紙帶的點(diǎn)的分布如下，已知相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)中還有四個(gè)點(diǎn)未畫出，則該小車運(yùn)動(dòng)過程中的加速度為________2．（2022·廣東·順德一中模擬預(yù)測）用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置來驗(yàn)證牛頓第二定律，為消除摩擦力的影響，實(shí)驗(yàn)前必須平衡摩擦力。（1）李同學(xué)平衡摩擦力時(shí)是這樣操作的：將小車靜止地放在水平木板上，把木板不帶滑輪的一端慢慢墊高，如圖乙，直到小車由靜止開始沿木板向下滑動(dòng)為止。這位同學(xué)的操作是不正確的，正確的操作應(yīng)當(dāng)是：____________（2）如果這位同學(xué)按（1）中的操作做實(shí)驗(yàn)，他不斷改變對(duì)小車的拉力F，得到在小車質(zhì)量M保持不變情況下的a-F圖線是下圖中的______（將選項(xiàng)代號(hào)的字母填在橫線上）。A．

B．

C．

D．（3）下圖是該同學(xué)在正確操作下獲得的一條紙帶，0、1、2、3、4、5、6計(jì)數(shù)點(diǎn)，每相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有4個(gè)點(diǎn)沒有標(biāo)出，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的交流電頻率為f。用s1、s2、s3、s4、s5、s6以及f來表示小車加速度為a＝______。（4）為減小誤差，實(shí)驗(yàn)中要進(jìn)行小車的質(zhì)量M跟砂和砂桶的總質(zhì)量m的選取，以下最合理的一組是()A．M＝200g，m＝10g、15g、20g、25g、30g、40gB．M＝200g，m＝20g、40g、60g、80g、100g、120gC．M＝400g，m＝10g、15g、20g、25g、30g、40gD．M＝400g，m＝20g、40g、60g、80g、100g、120g（5）張同學(xué)改進(jìn)了實(shí)驗(yàn)裝置，在小車的前方安裝一個(gè)拉力傳感器，其它操作正確無誤。由于安裝了拉力傳感器，下列操作要求中不需要的是______（填選項(xiàng)前的字母）。A．測出砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量

B．將木板墊起適當(dāng)角度以平衡摩擦力C．跨過滑輪連接小車的細(xì)線與長木板平行

D．砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車和傳感器的總質(zhì)量3．（2022·山東·模擬預(yù)測）如圖（1）為“用DIS研究加速度和力的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置。（1）實(shí)驗(yàn)時(shí)有以下一些步驟，先后順序是________（填寫字母標(biāo)號(hào)）A．點(diǎn)擊“選擇區(qū)域”，計(jì)算機(jī)自動(dòng)計(jì)算出加速度值；B．保持小車、配重片和發(fā)射器總質(zhì)量不變，不斷增加鉤碼的質(zhì)量，重復(fù)實(shí)驗(yàn)；C．點(diǎn)擊“開始記錄”并釋放小車，當(dāng)小車到達(dá)終點(diǎn)時(shí)，點(diǎn)擊“停止記錄”，得到v-t圖像。（2）若測得小車、配重片和發(fā)射器的總質(zhì)量為360g，若把鉤碼的重力做為小車受的合外力，則跨過滑輪的細(xì)繩下懸掛的鉤碼質(zhì)量范圍最適合用________；A．1g~25gB．100g~200gC．180g~360gD．大于360g（3）當(dāng)小車總質(zhì)量一定，改變鉤碼質(zhì)量重復(fù)實(shí)驗(yàn)，釋放小車的位置________（填寫“必須相同”或“可以不同”）。（4）實(shí)驗(yàn)中某小組獲得如圖（2）所示的圖線，在進(jìn)行“選擇區(qū)域”操作記錄小車加速度時(shí)，在選擇AB段、BC段和AC段中，你認(rèn)為選擇哪段獲得的加速度較精確？答：________。4．（2022·重慶南開中學(xué)模擬預(yù)測）某同學(xué)用圖甲所示裝置探究物體的加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)前取下托盤，但讓小車連著紙帶，平衡好小車所受阻力。（1）為了使托盤（包含盤內(nèi)砝碼）的重力近似等于小車所受合力，下列做法合理的是_________；A．小車質(zhì)量遠(yuǎn)小于托盤（包含盤內(nèi)砝碼）質(zhì)量

B．托盤（包含盤內(nèi)砝碼）質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量C．調(diào)節(jié)滑輪高度，使滑輪和小車間的細(xì)繩與木板平行

D．調(diào)節(jié)滑輪高度，使滑輪和小車間的細(xì)繩保持水平（2）某次實(shí)驗(yàn)打出的一條紙帶如圖乙所示，從比較清晰的點(diǎn)跡起，在紙帶上標(biāo)出連續(xù)的4個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)A、B、C、D，相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有2個(gè)點(diǎn)跡未標(biāo)出，測得A、B以及C、D點(diǎn)間的距離如圖所示。已知所用電源的頻率為，則小車的加速度大小_________；（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）（3）為消除細(xì)繩拉力與托盤（包含盤內(nèi)砝碼）的重力不相等所帶來的誤差，該同學(xué)認(rèn)為可以把托盤、砝碼和小車看成一個(gè)整體，該同學(xué)按照此思路，設(shè)計(jì)了新的實(shí)驗(yàn)方案，步驟如下：①初始在托盤內(nèi)裝若干個(gè)砝碼，釋放小車后測出加速度；②從托盤中取出一個(gè)砝碼并放置于小車上，釋放小車后再次測出小車加速度；③重復(fù)步驟②，多次測量小車加速度；④根據(jù)測量數(shù)據(jù)畫出小車加速度a隨托盤中砝碼個(gè)數(shù)n變化的函數(shù)關(guān)系如圖丙所示。若圖丙中直線縱截距為b，斜率為k，每個(gè)砝碼質(zhì)量均為，則托盤質(zhì)量為_________。（用b、k、表示）5．（2022·四川巴中·模擬預(yù)測）小何和小馮在課本實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行如圖所示的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)來驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律，小車上固定一個(gè)盒子，盒子內(nèi)盛有砂子，砂桶的總質(zhì)量（包括桶以及桶內(nèi)砂子質(zhì)量）記為m，小車的總質(zhì)量（包括車、盒子及盒內(nèi)砂子質(zhì)量）記為M，在平衡摩擦力后：他倆在質(zhì)量不變的情況下來驗(yàn)證加速度與合力成正比。從盒子中取出一些砂子，裝入砂桶中后稱量并記錄砂桶的總重力mg，將該力視為合力F，對(duì)應(yīng)的加速度a則從打下的紙帶中計(jì)算得出。多次改變合力F的大小，每次都會(huì)得到一個(gè)相應(yīng)的加速度。本次實(shí)驗(yàn)中，桶內(nèi)的砂子取自小車中，故系統(tǒng)的總質(zhì)量不變。以合力F為橫軸，以加速度a為縱軸，畫出a—F圖像。（1）a—F圖像斜率的物理意義是________；（2）你認(rèn)為把砂桶的總重力mg當(dāng)做合力F是否合理？答∶______（選填“合理”或“不合理”）本次實(shí)驗(yàn)中，是否應(yīng)該滿足M>>m這樣的條件？答∶________（選填“是”或“否”）；（3）畫出a—F圖像正確的是()A．B．C．D．6．（2022·黑龍江·佳木斯一中三模）為了探究加速度與合外力之間的關(guān)系，我校研究性學(xué)習(xí)小組設(shè)計(jì)了如圖（a）所示的實(shí)驗(yàn)裝置。長木板固定在水平桌面上，力傳感器固定在豎直的墻上，光電計(jì)時(shí)器的光電門固定在豎直支架上，繞過動(dòng)滑輪的兩段繩處于水平（兩滑輪光滑且滑輪和繩質(zhì)量不計(jì)），懸掛的重物上固定一窄遮光條?；瑝K質(zhì)量為，重物和遮光條的總質(zhì)量為。現(xiàn)將滑塊拉到某一位置，靜止釋放滑塊，重物牽引滑塊向左運(yùn)動(dòng)，測量并記錄釋放時(shí)遮光條中心到光電門之間的距離以及遮光條通過光電門時(shí)的遮光時(shí)間和力傳感器示數(shù)。多次改變重物和遮光條的質(zhì)量，重復(fù)上述操作，并記錄多組相應(yīng)的傳感器示數(shù)和值。已知重力加速度為。（1）用20分度的游標(biāo)卡尺測量出遮光條的寬度如圖（b）所示，______mm；（2）為完成本次實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，______保證重物質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于滑塊質(zhì)量（填“需要”或“不需要”）；（3）平衡摩擦力時(shí)懸掛合適重物，讓滑塊恰好勻速直線運(yùn)動(dòng)，記錄力傳感器示數(shù)為，則滑塊和桌面間的摩擦力______；（4）改變重物和遮光條質(zhì)量，多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，記錄力傳感器示數(shù)和遮光時(shí)間，以為橫坐標(biāo)，以為縱坐標(biāo)畫出圖像，直線斜率為，如圖所示，則滑塊質(zhì)量______（用，，表示）7．（2022·四川綿陽·一模）用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究“物體的加速度與質(zhì)量的關(guān)系”。完成實(shí)驗(yàn)，回答問題：（1）平衡摩擦。某同學(xué)的操作：將小車放在水平長木板上，繞過定滑輪掛上槽碼，把木板不帶滑輪的一端慢慢墊高，直到小車由靜止開始緩慢移動(dòng)為止。請(qǐng)指出此操作中一處不正確的做法，并簡要說明正確做法：__________________。（2）獲取數(shù)據(jù)。正確平衡摩擦后，按住小車，在小車中放入砝碼，掛上槽碼，打開打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源，釋放小車，得到一條帶有清晰點(diǎn)跡的紙帶；在保證小車和砝碼質(zhì)量之和遠(yuǎn)大于槽碼質(zhì)量條件下，改變小車中砝碼的質(zhì)量，重復(fù)操作，得到多條紙帶。記下小車中的砝碼質(zhì)量m，利用紙帶測量計(jì)算小車加速度a。如圖乙是其中一條紙帶，A、B、C、D、E是計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間都有4個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)沒有標(biāo)出，已知交流電頻率為50Hz，則這條紙帶記錄小車的加速度大小為__________m/s2（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）。（3）處理數(shù)據(jù)得結(jié)論。以m為縱坐標(biāo)，以為橫坐標(biāo)，在坐標(biāo)紙上作出關(guān)系如圖丙。測得圖中直線的斜率為k，在縱軸上的截距絕對(duì)值為b?；卮鹣铝袉栴}：①小車受到的拉力為_______（用題中已知字母表示）。②b值等于_______（選填序號(hào)）。A．小車質(zhì)量

B．槽碼質(zhì)量

C．小車與砝碼質(zhì)量之和

D．小車與槽碼質(zhì)量之和③根據(jù)圖丙的圖像，______（選填“可以”或“不可以”）認(rèn)為：拉力相同時(shí)，物體的加速度大小與物體的質(zhì)量成反比。8．（2022·浙江溫州·一模）小明同學(xué)用如圖1所示的裝置“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”。他在實(shí)驗(yàn)中每次改變小車的質(zhì)量后，都_____________（選填“需要”或“不需要”）重新補(bǔ)償阻力。圖2是他在實(shí)驗(yàn)中得到的一條紙帶，紙帶上A、B、C、D、E為計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為0.04s，由紙帶可知小車的加速度大小為____________（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）。由此可以判斷鉤碼質(zhì)量____________（選填“滿足”或“不滿足”）本實(shí)驗(yàn)要求。9．（2022·廣東·模擬預(yù)測）如圖所示，為探究“質(zhì)量一定時(shí)，物體的加速度與所受合外力的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置。某同學(xué)的實(shí)驗(yàn)步驟如下：①用天平測量并記錄滑塊和拉力傳感器的總質(zhì)量M；②調(diào)整長木板和滑輪，使長木板水平，細(xì)線與長木板平行；③在托盤中放入適當(dāng)?shù)捻来a，接通電源，釋放滑塊，記錄拉力傳感器的讀數(shù)F，根據(jù)相對(duì)應(yīng)的紙帶，求出滑塊的加速度a；④多次改變托盤中砝碼的質(zhì)量，重復(fù)步驟③。請(qǐng)按要求回答下列問題：（1）圖是該同學(xué)實(shí)驗(yàn)得到的一條紙帶（兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有四個(gè)點(diǎn)沒有畫出），已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器用的是頻率為50Hz