新高考物理一輪練習(xí)專題30實驗探究加速度與力質(zhì)量的關(guān)系

專題30實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系1．[2021·惠州市調(diào)研]“探究加速度與小車質(zhì)量、小車受力的關(guān)系”的實驗裝置如圖甲所示．在平衡小車與木板之間摩擦力的過程中，打出了一條紙帶如圖乙所示，圖乙中紙帶的左端與小車連接．打點計時器打點的時間間隔為0.02s.從比較清晰的點起，每5個點取一個計數(shù)點，量出相鄰計數(shù)點之間的距離．回答下列問題：(1)該小車的加速度大小a＝________m/s2(保留兩位有效數(shù)字).(2)為平衡摩擦力還應(yīng)適當________(填“增大”或“減小”)木板與桌面的夾角，直至打點均勻為止．(3)打點計時器打下計數(shù)點3時小車的速度v3＝________________________________________________________________________________m/s(保留三位有效數(shù)字).2．[2021·湖南卷]某實驗小組利用圖(a)所示裝置探究加速度與物體所受合外力的關(guān)系．主要實驗步驟如下：(1)用游標卡尺測量墊塊厚度h，示數(shù)如圖(b)所示，h＝________cm；(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，記錄墊塊個數(shù)n和滑塊對應(yīng)的加速度a；(5)在右支點下增加墊塊個數(shù)(墊塊完全相同)，重復(fù)步驟(4)，記錄數(shù)據(jù)如下表：n123456a/(m·s－2)0.0870.1800.2600.4250.519根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖(c)上描點，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________m/s2(保留三位有效數(shù)字).3．[2021·湖北重點中學(xué)]某同學(xué)用如圖所示的裝置探究加速度與力的關(guān)系，帶滑輪的長木板和彈簧測力計均水平固定．(1)(多選)實驗時，一定要進行的操作或注意事項是()A.小車靠近打點計時器，先接通電源，再釋放小車，打出一條紙帶，同時記錄彈簧測力計的示數(shù)B．用天平測出砂和砂桶的總質(zhì)量C．改變砂和砂桶質(zhì)量，再打出幾條紙帶D．改變小車質(zhì)量，再打出幾條紙帶E．為減小誤差，實驗中一定要保證砂和砂桶的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量(2)以彈簧測力計的示數(shù)F為橫坐標，以加速度a為縱坐標，按該同學(xué)的方法做實驗畫出的a－F圖像最可能是()(3)若測出的a－F圖像的斜率為k后，則可計算出小車的質(zhì)量為________．4．[2021·湖南師大附中摸底]在探究“加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系”實驗時，某老師對傳統(tǒng)實驗進行了改進，其實驗操作如下：①如圖所示，先將沙和沙桶通過滑輪懸掛于小車一端，調(diào)節(jié)平板的傾角θ，使小車沿斜面向下做勻速直線運動，測出沙和沙桶的總質(zhì)量m；②保持平板傾角θ不變，去掉沙和沙桶，小車即在平板上沿斜面向下做勻加速直線運動，通過紙帶測量其加速度a；③保持小車質(zhì)量M不變，多次改變沙和沙桶的總質(zhì)量m，每次重復(fù)①②兩步操作，得到小車加速度與合力的關(guān)系；④多次改變小車的質(zhì)量，進行適當?shù)牟僮鳎玫叫≤嚰铀俣群唾|(zhì)量的關(guān)系．(1)(多選)在上述實驗操作過程中，以下說法正確的是________________________________________________________________________．A．可以用電池盒給打點計時器供電B．應(yīng)在小車開始運動后再接通打點計時器的電源C．要保持細繩與平板平行D．應(yīng)讓小車從靠近定滑輪處開始運動(2)在操作①中若打了一條如下圖所示的紙帶，已知紙帶左端為連接小車處，則應(yīng)將平板的傾角適當________(選填“增大”或“減小”)些．(3)在操作②中，小車所受的合力大小等于________(用題中所給定的字母以及重力加速度g表示).(4)在本實驗中________(選填“需要”或“不需要”)滿足沙和沙桶的質(zhì)量遠小于小車的總質(zhì)量；操作④中，每次改變小車質(zhì)量后，________(選填“需要”或“不需要”)重新調(diào)節(jié)平板的傾角．5．[2021·河北辛集中學(xué)測試]如圖1為驗證牛頓第二定律的實驗裝置示意圖，圖中打點計時器的電源為50Hz的交流電源，打點的時間間隔用Δt表示．在小車質(zhì)量未知的情況下，某同學(xué)設(shè)計了一種方法用來探究“在外力一定的條件下，物體的加速度與其質(zhì)量間的關(guān)系”．(1)完成下列實驗步驟中的填空：①平衡小車所受的阻力：小吊盤中不放物塊，調(diào)整木板右端的高度，用手輕撥小車，直到打點計時器打出一系列________的點．②按住小車，在小吊盤中放入適當質(zhì)量的物塊，在小車中放入砝碼．③打開打點計時器電源，釋放小車，獲得帶有點列的紙帶，在紙帶上標出小車中砝碼的質(zhì)量m.④按住小車，改變小車中砝碼的質(zhì)量，重復(fù)步驟③.⑤在每條紙帶上清晰的部分，每5個間隔標注一個計數(shù)點，測量相鄰計數(shù)點的間距x1，x2，……求出與不同m相對應(yīng)的加速度a.⑥以砝碼的質(zhì)量m為橫坐標，eq\f(1,a)為縱坐標，在坐標紙上作出eq\f(1,a)－m關(guān)系圖線．若加速度與小車和砝碼的總質(zhì)量成反比，則eq\f(1,a)與m應(yīng)成________關(guān)系(填“線性”或“非線性”).(2)完成下列填空：①本實驗中，為了保證在改變小車中砝碼的質(zhì)量時，小車所受的拉力近似不變，小吊盤和盤中物塊的質(zhì)量之和應(yīng)滿足的條件是________．②設(shè)紙帶上相鄰兩個計數(shù)點分別為x1、x2、x3、x4、x5、x6來表示從O點開始各相鄰兩個計數(shù)點間的距離，用T表示相鄰計數(shù)點的時間間隔，則該勻變速直線運動的加速度的表達式為a＝________(用符號寫出表達式，不要求計算).打E點時小車的速度大小為vE＝________m/s.(保留3位有效數(shù)字)③圖3為所得實驗圖線的示意圖，設(shè)圖中直線的斜率為k，在縱軸上的截距為b，若牛頓定律成立，則小車受到的拉力為________，小車的質(zhì)量為________．6．[2021·江淮十校聯(lián)考]某實驗小組利用如圖所示的裝置探究牛頓第二定律中質(zhì)量一定時a與F的關(guān)系，他們將寬度為d的擋光片固定在小車上，用不可伸長的細線將其通過一個定滑輪與砝碼盤相連，在水平桌面上的A、B兩點各安裝一個光電門，記錄小車通過A、B時的遮光時間，小車中可以放置砝碼．(1)實驗主要步驟如下：①用天平測量小車和遮光片的總質(zhì)量M、砝碼盤和盤內(nèi)砝碼的總質(zhì)量m；用游標卡尺測量擋光片的寬度d；用米尺測量兩光電門之間的距離s；②調(diào)整輕滑輪，使細線與木板平行；③將木板不帶滑輪的一端墊高，以平衡摩擦力，讓小車從光電門A的左側(cè)由靜止釋放；用數(shù)字毫秒計分別測出遮光片經(jīng)過光電門A和光電門B所用的時間tA和tB；④小車右側(cè)通過細線連上砝碼盤，盤中放有多個砝碼；再次讓小車從光電門A的左側(cè)由靜止釋放，記錄遮光片經(jīng)過光電門A和光電門B所用的時間ΔtA和ΔtB，利用a＝________(用d、s、ΔtA和ΔtB表示)，求出小車加速度；并記錄此時砝碼盤及盤內(nèi)砝碼的質(zhì)量m；⑤將盤中砝碼拿出一個放到小車上，再次讓小車從光電門A的左側(cè)由靜止釋放，記錄步驟④中的時間和質(zhì)量，重復(fù)步驟⑤多次實驗．⑥對小車和砝碼及砝碼盤組成的系統(tǒng)，合力F＝mg，結(jié)合上述公式求出的a，得到多組a、F的數(shù)據(jù)．描點做出a－F的圖像，從而得出a與F的關(guān)系．(2)測量d時，某次游標卡尺的示數(shù)如下圖所示，其讀數(shù)為________cm.(3)(多選)下列說法哪一項是正確的()A．平衡摩擦力時必須將砝碼盤通過細線掛在小車上B．若測得tA＝tB說明摩擦力已平衡好C．為減小誤差，應(yīng)使砝碼及砝碼盤質(zhì)量之和遠小于小車和車內(nèi)砝碼質(zhì)量之和D．本實驗裝置也可以用來驗證動能定理專題30實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系1．(1)0.10(2)減小(3)0.355解析：(1)打相鄰兩計數(shù)點的時間間隔為T＝5×0.02s＝0.10s，由Δx＝aT2可得該小車的加速度大小a＝0.10m/s2.(2)由于小車已經(jīng)做加速運動，說明平衡摩擦力過度，需要適當減小木板與桌面的夾角，直至打點均勻為止．(3)根據(jù)做勻變速直線運動的物體在一段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度，可知打點計時器打下計數(shù)點3時小車的速度v3＝eq\f(3.5＋3.6,2×0.10)×10－2m/s＝0.355m/s.2．(1)1.02(5)如解析圖所示0.345解析：(1)根據(jù)游標卡尺讀數(shù)規(guī)則可知h＝10mm＋2×0.1mm＝1.02cm.(2)根據(jù)題表中數(shù)據(jù)描點連線，繪制圖線如圖所示，由圖可知第4組數(shù)據(jù)中的加速度a為0.345m/s2.3．(1)AC(2)B(3)eq\f(2,k)解析：(1)本實驗中，通過彈簧測力計可讀出細繩拉力的大小，因此不需要測量砂和砂桶的總質(zhì)量，也不需要保證砂和砂桶的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量，本實驗要驗證力與加速度的關(guān)系，不用改變小車的質(zhì)量，但要記錄彈簧測力計示數(shù)，且需改變砂和砂桶的質(zhì)量，從改變小車所受拉力大小，進而得出多組數(shù)據(jù)分析實驗規(guī)律，故BDE錯誤，AC正確．(2)以小車為研究對象，根據(jù)牛頓第二定律可得2F－f＝Ma，得a＝eq\f(2,M)F－eq\f(f,M)，故B正確．(3)由(2)，結(jié)合圖像可得k＝eq\f(2,M)，得M＝eq\f(2,k).4．(1)CD(2)小(3)mg(4)不需要需要解析：(1)打點計時器用交流電，電池盒是直流電，A錯誤；先接通打點計時器后釋放小車，且小車在靠近定滑輪處釋放，B錯誤，D正確；細繩與平板平行，繩的拉力才可恒定，C正確．(2)由紙帶分析小車加速運動，Mgsinθ>T＋f，應(yīng)減小θ小車才能勻速直線．(3)開始小車勻速直線運動有Mgsinθ＝mg＋f，去掉T時，Mgsinθ與f均不變，故小車受沿斜面向下大小為mg的合力．(4)本實驗是用沙和沙桶的重力得到小車的加速度，且不需遠小于小車的質(zhì)量，由于小車質(zhì)量改變，需要重新調(diào)節(jié)木板傾角．5．(1)①等間距⑥線性(2)①遠小于小車和砝碼的總質(zhì)量(填“遠小于小車的質(zhì)量”同樣正確)②eq\f(（x4＋x5＋x6）－（x1＋x2＋x3）,9T2)1.39③eq\f(1,k)eq\f(b,k)6．(1)eq\f(1,2s)eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,ΔtB)))\s\up12(2)－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,ΔtA)))\s\up12(2)))(2)0.550(3)BD解析：(1)遮光片經(jīng)過光電門A和B的平均速度分別表示A、B位置的瞬時速度，vA＝eq\f(d,ΔtA)，vB＝eq\f(d,ΔtB)，又由速度位移公式得：a＝eq\f(veq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(B))－veq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(A)),2s)＝eq\f(1,2s)eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,ΔtB)))\s\up12(2)－\b\l