2025版高考物理考點題型歸納總結（含答案）考點17　實驗四　探究加速度與力、質量的關系

考點17實驗四探究加速度與力、質量的關系強基固本對點練1．[2024·天津市紅橋區(qū)期中考試]如圖甲為一實驗小組“探究牛頓第二定律”的實驗裝置示意圖．砂和砂桶的質量為m，小車和砝碼的總質量 為M.實驗中用砂和砂桶總重力的大小作為細線對小車拉力的大?。?1)實驗中，為了使細線對小車的拉力等于小車所受的合外力，先調節(jié)長木板一端滑輪的高度，使細線與長木板平行．接下來還需要進行的一項操作是()A．將長木板水平放置，讓小車連著已經穿過打點計時器的紙帶，給打點計時器通電，調節(jié)m的大小，使小車在砂和砂桶的牽引下運動，從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運動B．將長木板的一端墊起適當的高度，讓小車連著已經穿過打點計時器的紙帶，撤去砂和砂桶，給打點計時器通電，輕推小車，從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運動C．將長木板的一端墊起適當的高度，撤去紙帶以及砂和砂桶，輕推小車，觀察判斷小車是否做勻速運動(2)實驗中要進行質量m和M的選取，以下最合理的一組是()A．M＝200g,m＝10g、15g、20g、15g、30g、40gB．M＝200g,m＝20g、40g、60g、80g、100g、120gC．M＝400g,m＝20g、40g、60g、80g、100g、120gD．M＝400g,m＝10g、15g、20g、25g、30g、40g(3)如圖乙是實驗中得到的一條紙帶，A、B、C、D、E、F、G為7個相鄰的計數點，相鄰的兩個計數點之間還有四個點未畫出．量出相鄰的計數點之間的距離分別為：sAB＝4.22cm、sBC＝4.65cm、sCD＝5.08cm、sDE＝5.49cm、sEF＝5.91cm、sFG＝6.34cm.已知打點計時器的工作頻率為50Hz，則打B點時車速vB＝__________m/s，小車的加速度a＝__________m/s2(結果保留2位有效數字).2．[2024·陜西省渭南市第三次檢測]小瑩同學用如圖1所示的實驗裝置探究小車的加速度a與質量m的關系，打點計時器所用交變電流的頻率為50Hz.(1)長木板右側墊高是為了平衡小車受到的摩擦力，應調節(jié)木板的傾斜度，使小車________，即可認為完成平衡．(2)如圖2是小瑩某次實驗得到的紙帶，她在紙帶上選取了A、B、C、D、E、F、G、H八個計數點，相鄰兩計數點間有四個點未畫出，打計數點A的時刻定為計時起點(tA＝0)，部分實驗數據如圖2所示，由以上數據可知，t＝0.25s時的瞬時速度為________m/s，這次實驗小車的加速度a＝________m/s2.(小數點后保留2位數字)(3)小瑩同學保持小車所受的拉力不變，改變小車的質量m，分別測得不同質量時小車加速度a，然后小瑩畫了如圖3甲、乙兩個圖像，關于這兩個圖像，下列說法正確的有________．(填正確選項前的字母)A．由圖像甲可知：合外力一定時，小車的加速度與質量成正比B．由圖像乙可知：合外力一定時，小車的加速度與質量成反比C.由圖像乙的斜率可以知道小車受到的拉力大小D．圖像甲中曲線與坐標軸所圍的面積表示小車所受拉力大小的倒數3．如圖所示，是某小組同學“用DIS研究加速度與力的關系”的實驗裝置，實驗過程中可近似認為鉤碼受到的總重力等于小車所受的拉力．先測出鉤碼所受的重力為G，之后改變繩端的鉤碼個數，小車每次從同一位置釋放，測出擋光片通過光電門的時間Δt.(1)實驗中______________測出小車質量m車．A．必須B．不必(2)為完成實驗還需要測量①______________；②______________．(3)實際小車受到的拉力小于鉤碼的總重力，原因是______________．(4)若導軌保持水平，滑輪偏低導致細線與軌道不平行，則細線平行時加速度a1，與不平行時加速度a2相比，a1________a2.(選填“大于”“小于”或“等于”)培優(yōu)提能模擬練4．[2024·陜西省漢中市第四次聯(lián)考]用如圖所示的實驗裝置測量當地的重力加速度大小g.氣墊導軌放在桌面上，導軌上放有帶遮光片的滑塊，圖中A、B兩個光電門與計算機相連，實驗步驟如下：(1)測得滑塊及遮光片的總質量為M，砝碼及砝碼盤的總質量為m，將遮光片的寬度及兩光電門間的距離輸入計算機．(2)把氣墊導軌調整到水平，打開氣泵電源，氣泵正常工作．放上滑塊，調整氣墊，輕推一下滑塊，使計算機顯示滑塊的加速度大小為0，則遮光片經過光電門A的時間________(填“大于”“等于”或“小于”)經過光電門B的時間．(3)跨過滑輪的細線一端連接滑塊，另一端連接砝碼盤．由靜止釋放滑塊，滑塊在細線拉力作用下加速通過兩光電門，計算機顯示滑塊的加速度大小為a，則當地的重力加速度g＝________(用M、m、a表示).5．[2024·安徽省皖東名校聯(lián)盟聯(lián)考]用如圖所示的裝置探究牛頓第二定律．將長木板一端固定在水平桌面的左端、在長木板另一端用墊塊將木板墊起．在木板上相距為L(未知)的位置固定兩個光電門1和2，在木板上放置一個帶有寬度為d(未知)的遮光條的小車，小車通過輕質細線繞過固定在木板右端的光滑定滑輪與小物塊相連，木板上方的細線與木板平行，重力加速度為g.實驗步驟如下：①調整墊塊的位置，給小車一個沿木板向下的初速度，使得兩個光電門記錄的時間相等，測量小物塊的質量m、小車的質量M1，然后把小車放在木板上，使遮光條對齊光電門1，去掉小物塊，小車開始沿木板向下滑動，記錄遮光條經過光電門2的時間t1；②掛上小物塊，在小車上加放鉤碼．調整墊塊的位置，給小車一個沿木板向下的初速度，使得兩個光電門記錄的時間仍相等，測量小車和所放鉤碼的總質量M2；然后把小車放在木板上，使遮光條對齊光電門1，去掉小物塊，小車開始沿木板向下滑動，記錄遮光條經過光電門2的時間t2；③掛上小物塊，再在小車上放鉤碼，多次重復上述操作，記錄小車和所放鉤碼的總質量M3、M4……錄遮光條經過光電門2的時間l3、l4；④最后整理好實驗器材．請回答下列問題：(1)實驗需要的實驗器材有________．A．天平B．刻度尺C．秒表D．打點計時器E．游標卡尺(2)此實驗是保持________不變的條件下，探究牛頓第二定律的．(3)在坐標紙上，以小車和鉤碼的總質量M為橫坐標，以________(選填“t”“t2”或“eq\f(1,t2)”)為縱坐標，得到一條直線，當直線的斜率為________時(用物理量的字母表示)，就可以驗證牛頓第二定律了．

考點17實驗四探究加速度與力、質量的關系1．答案：（1）B（2）D（3）0.440.42解析：（1）為了使細線對小車的拉力等于小車所受的合外力，先調節(jié)長木板一端滑輪的高度，使細線與長木板平行．接下來還需要進行的一項操作是將長木板的一端墊起適當的高度，讓小車連著已經穿過打點計時器的紙帶，撤去砂和砂桶，給打點計時器通電，輕推小車，從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運動，即平衡摩擦力，B正確．（2）當m?M時，即當砂和砂桶總質量遠遠小于小車和砝碼的總質量，繩子的拉力近似等于砂和砂桶的總重力．因此最合理的一組是，D正確．（3）兩相鄰計數點間的時間間隔t＝5×eq\f(1,f)＝0.10s，由勻變速直線運動時間中點的速度等于這段時間的平均速度，則打B點時車速vB＝eq\f(sAB＋sBC,2t)＝eq\f(4.22＋4.65,2×0.10)×10－2m/s≈0.44m/s，由逐差法求小車的加速度a＝eq\f(sDE＋sEF＋sFG－sAB－sBC－sCD,9t2)≈0.42m/s2.2．答案：（1）在不受牽引時能拖動紙帶沿木板勻速運動（2）0.720.51（3）BC解析：（1）長木板右側墊高是為了平衡小車受到的摩擦力，應調節(jié)木板的傾斜度，使小車在不受牽引時能拖動紙帶沿木板勻速運動，即可認為完成平衡．（2）相鄰兩計數點間有四個點未畫出，說明相鄰兩計數點間的時間間隔為T＝5×0.02s＝0.1s，以打計數點A的時刻定為計時起點，可知t＝0.25s時刻為CD間的中間時刻，故該時刻的瞬時速度等于CD段的平均速度，則有v2.5＝eq\f(sCD,T)＝eq\f(0.0721,0.1)m/s≈0.72m/s.根據逐差法，可得這次實驗小車的加速度a＝eq\f(（sGH＋sEF－sCD－sAB）,8T2)＝eq\f(（0.0925＋0.823－0.0721－0.0619）,8×0.12)m/s2＝0.51m/s.（3）圖甲中圖線為曲線，很難判定出自變量和因變量之間的關系，故不能確定小車的加速度與質量是否成反比，A錯誤；圖乙中圖線為過原點的直線，可知小車的加速度與質量的倒數成正比，即小車的加速度與質量成反比，B正確；根據牛頓第二定律可得a＝F×eq\f(1,m)，a-eq\f(1,m)圖像的斜率等于小車受到的拉力F，C正確；牛頓第二定律具有瞬時性，小車受到的拉力具有瞬時性，由圖像甲中曲線與坐標軸所圍的面積不可以知道小車受到的拉力大小，當然也不是拉力大小的倒數，D錯誤．3．答案：（1）B（2）①小車釋放點到光電門的距離x②遮光條的寬度d（3）鉤碼有向下的加速度，拉力小于重力（4）大于解析：（1）實驗研究加速度與力的關系，研究加速度與合力正比關系，只需控制小車質量不變即可，不須測出小車的質量，B正確．（2）小車經過光電門的速度為v＝eq\f(d,Δt)，由運動學公式2ax＝v2，聯(lián)立解得小車的加速度a＝eq\f(d2,2x（Δt）2)，所以需要測量小車釋放點到光電門的距離x和遮光條的寬度d.（3）鉤碼在重力和拉力作用下向下做勻加速運動，加速度方向豎直向下，根據牛頓第二定律可知繩子對鉤碼的拉力小于鉤碼的重力，而繩子對鉤碼的拉力大小等于小車繩子拉力的大小，所以實際小車受到的拉力小于鉤碼的總重力．（4）本實驗忽略摩擦力的影響時，細線平行時T＝ma1，若滑輪偏低導致細線與軌道不平行，受力方向如圖所示由牛頓第二定律有Tcosβ＝ma2，所以有a1>a2.4．答案：（2）等于（3）eq\f(（M＋m）a,m)解析：（2）把氣墊導軌調整到水平，滑塊在導軌上做勻速直線運動時通過兩光電門的時間相等．（3）根據牛頓運動定律有mg＝（M＋m）a，解得g＝