高考物理實(shí)驗(yàn)增分創(chuàng)新版能力練實(shí)驗(yàn)四　探究加速度與力質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)4a

1．(2018·江西景德鎮(zhèn)質(zhì)檢)用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、水平木板(包括定滑輪)、小車等器材做“研究小車加速度與質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)，如圖是某學(xué)生做該實(shí)驗(yàn)時(shí)小車即將釋放之前的實(shí)驗(yàn)裝置圖；該圖中有4處錯(cuò)誤，它們分別是：(1)________________________________________________________________________；(2)________________________________________________________________________；(3)________________________________________________________________________；(4)________________________________________________________________________。答案見解析解析(1)水平木板左端未適當(dāng)墊高來平衡摩擦力。(2)電源要用低壓交流電源。(3)小車應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。(4)連接沙桶的細(xì)線通過定滑輪后應(yīng)與木板平行。2．(2017·遼寧重點(diǎn)高三期末)某物理興趣小組利用圖示實(shí)驗(yàn)裝置做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)。(1)在平衡摩擦力后，要使細(xì)線的拉力可近似認(rèn)為等于砝碼盤及盤中砝碼受到的總重力，小車的質(zhì)量M和砝碼盤及盤中砝碼的總質(zhì)量m應(yīng)滿足的條件是________。(2)下列實(shí)驗(yàn)操作中，正確的是________。(填正確選項(xiàng)前的字母)A．調(diào)節(jié)定滑輪的高度，使?fàn)恳≤嚨募?xì)線與長木板表面保持平行B．每次小車都要從同一位置開始運(yùn)動(dòng)C．實(shí)驗(yàn)中應(yīng)先放小車，然后再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源D．平衡摩擦力后，通過增減小車上的砝碼改變小車的質(zhì)量時(shí)，不需要重新平衡摩擦力答案(1)M?m(或m?M)(2)AD解析(1)平衡摩擦力后，小車開始運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度a＝eq\f(mg,M＋m)，當(dāng)M?m時(shí)，加速度近似等于a＝eq\f(mg,M)，即細(xì)線拉力近似等于砝碼盤及盤中砝碼受到的總重力。(2)為了減少誤差，應(yīng)使?fàn)恳≤嚨募?xì)線與長木板表面保持平行，A正確；根據(jù)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器可知位移s和時(shí)間t，所以不必讓小車每一次都從同一位置開始運(yùn)動(dòng)，B錯(cuò)誤；實(shí)驗(yàn)中應(yīng)先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，再釋放小車，C錯(cuò)誤；平衡摩擦力后，設(shè)長木板傾角為θ，根據(jù)mgsinθ＝μmgcosθ，μ＝tanθ，可知θ與質(zhì)量無關(guān)，故增減砝碼后不需要重新平衡摩擦力，D正確。3．(2017·威海模擬)某實(shí)驗(yàn)小組利用如圖所示的裝置進(jìn)行驗(yàn)證：當(dāng)質(zhì)量m一定時(shí)，加速度a與力F成正比的關(guān)系，其中F＝m2g，m＝m1＋m2(m1為小車及車內(nèi)砝碼的總質(zhì)量，m2為桶及桶中砝碼的總質(zhì)量)。具體做法是：將小車從A處由靜止釋放，用速度傳感器測(cè)出它運(yùn)動(dòng)到B處時(shí)的速度v，然后將小車內(nèi)的一個(gè)砝碼拿到小桶中，小車仍從A處由靜止釋放，測(cè)出它運(yùn)動(dòng)到B處時(shí)對(duì)應(yīng)的速度，重復(fù)上述操作。圖中AB相距x(1)設(shè)加速度大小為a，則a與v及x間的關(guān)系式是______。(2)如果實(shí)驗(yàn)操作無誤，四位同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做出了下列圖象，其中哪一個(gè)是正確的()(3)下列哪些措施能夠減小本實(shí)驗(yàn)的誤差________。A．實(shí)驗(yàn)中必須保證m2?m1B．實(shí)驗(yàn)前要平衡摩擦力C．細(xì)線在桌面上的部分應(yīng)與長木板平行D．圖中AB之間的距離x盡量小些答案(1)v2＝2ax(2)A(3)BC解析(1)小車做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，由勻變速直線運(yùn)動(dòng)的速度位移公式得：v2＝2ax。(2)由(1)可知：v2＝2ax，由牛頓第二定律得：a＝eq\f(F,m)，則：v2＝eq\f(2x,m)F，v2與F成正比，故選A。(3)以系統(tǒng)為研究對(duì)象，加速度：a＝eq\f(F,m)＝eq\f(m2g,m)，系統(tǒng)所受拉力等于m2g，不需要滿足m2?m1，故A錯(cuò)誤；為使系統(tǒng)所受合力等于桶與桶中砝碼的重力，實(shí)驗(yàn)需要平衡摩擦力，還需要細(xì)線在桌面上的部分與長木板平行，故B、C正確；為減小實(shí)驗(yàn)誤差，圖中A、B之間的距離x應(yīng)盡量大些，故D錯(cuò)誤；故選B、C。4．(2017·遼寧育才學(xué)校二模)如圖所示為用光電門測(cè)定鋼球下落時(shí)受到的阻力的實(shí)驗(yàn)裝置。直徑為d、質(zhì)量為m的鋼球自由下落的過程中，先后通過光電門A、B，計(jì)時(shí)裝置測(cè)出鋼球通過A、B的時(shí)間分別為tA、tB。用鋼球通過光電門的平均速度表示鋼球球心通過光電門的瞬時(shí)速度。測(cè)出兩光電門間的距離為h，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間。(1)鋼球下落的加速度大小a＝______________，鋼球受到的空氣平均阻力f＝__________________。(2)本題“用鋼球通過光電門的平均速度表示鋼球球心通過光電門的瞬時(shí)速度”，但從嚴(yán)格意義上講是不準(zhǔn)確的，實(shí)際上鋼球通過光電門的平均速度________(填“>”或“<”)鋼球球心通過光電門的瞬時(shí)速度。答案(1)eq\f(1,2h)eq\f(d2,t\o\al(2,B))－eq\f(d2,t\o\al(2,A))mg－eq\f(m,2h)eq\f(d2,t\o\al(2,B))－eq\f(d2,t\o\al(2,A))(2)<解析(1)鋼球通過光電門A、B時(shí)的瞬時(shí)速度分別為vA＝eq\f(d,tA)、vB＝eq\f(d,tB)，由veq\o\al(2,B)－veq\o\al(2,A)＝2ah得，加速度a＝eq\f(1,2h)eq\f(d2,t\o\al(2,B))－eq\f(d2,t\o\al(2,A))，由牛頓第二定律得mg－f＝ma，解得f＝mg－eq\f(m,2h)eq\f(d2,t\o\al(2,B))－eq\f(d2,t\o\al(2,A))。(2)由勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律可知，鋼球通過光電門的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度，而球心通過光電門的中間位移的速度大于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度，因此鋼球通過光電門的平均速度小于鋼球球心通過光電門的瞬時(shí)速度。5．(2017·廣東執(zhí)信中學(xué)模擬)(1)如圖甲所示為某同學(xué)所安裝的“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置。①在“驗(yàn)證牛頓第二定律”的實(shí)驗(yàn)中，為了使小車受到合外力等于砝碼和砝碼盤的總重量，通常采用如下兩個(gè)措施：A．平衡摩擦力：將長木板無滑輪的一端下面墊一小木塊，反復(fù)移動(dòng)木塊的位置，直到小車在砝碼盤的拉動(dòng)下帶動(dòng)紙帶與小車一起做勻速直線運(yùn)動(dòng)；B．在調(diào)整砝碼多少的過程中，要保證砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車和砝碼的總質(zhì)量M。以上哪一個(gè)措施中有何重大錯(cuò)誤？(說明錯(cuò)誤點(diǎn))____________________________________________________________。②如圖是上述實(shí)驗(yàn)打出的一條紙帶，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期是0.02s，結(jié)合圖乙給出的數(shù)據(jù)(單位：cm)，求出小車運(yùn)動(dòng)加速度的大小為________m/s2，并求出紙帶中P點(diǎn)瞬時(shí)速度的大小為________m/s。(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)(2)某實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)了如圖a所示的實(shí)驗(yàn)裝置，通過改變重物的質(zhì)量，利用計(jì)算機(jī)可得滑塊運(yùn)動(dòng)的加速度a和所受拉力F的關(guān)系圖象。他們?cè)谲壍浪胶蛢A斜的兩種情況下分別做了實(shí)驗(yàn)，得到了兩條a-F圖線，如圖b所示。①圖線________(填“甲”或“乙”)是在軌道左側(cè)抬高成為斜面情況下得到的。②滑塊和位移傳感器發(fā)射部分的總質(zhì)量m＝________kg，滑塊和軌道間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝________。答案(1)①A有錯(cuò)誤，平衡摩擦力時(shí)不能懸掛砝碼盤②4.02.6(2)①甲②0.50.2解析(1)①A有錯(cuò)誤，平衡摩擦力時(shí)不能懸掛砝碼盤。②小車運(yùn)動(dòng)的加速度計(jì)算表達(dá)式為：a＝eq\f(0.0968＋0.1033＋0.1095－0.0774＋0.0841＋0.0905,9×0.042)m/s2＝4.0m/s2，紙帶中P點(diǎn)瞬時(shí)速度大小為vP＝eq\f(0.1033,0.02×2)m/s≈2.6m/s。(2)①由圖象可知，當(dāng)F＝0時(shí)，a≠0。也就是說當(dāng)繩子上沒有拉力時(shí)小車就有加速度，該同學(xué)實(shí)驗(yàn)操作中平衡摩擦力過大，即傾角過大，平衡摩擦力時(shí)木板的左端墊得過高。所以圖線甲是在軌道左側(cè)抬高成為斜面情況下得到的。②根據(jù)F＝ma得a＝eq\f(F,m)。所以滑塊運(yùn)動(dòng)的加速度a和所受拉力F的關(guān)系圖象斜率等于滑塊和位移傳感器發(fā)射部分的總質(zhì)量的倒數(shù)。由圖得加速度a和所受拉力F的關(guān)系圖象斜率k＝2，所以滑塊和位移傳感器發(fā)射部分的總質(zhì)量m＝0.5kg；在水平軌道上F＝1N時(shí)，加速度a＝0，根據(jù)牛頓第二定律得F－μmg＝0，解得μ＝0.2。6．(2017·江門模擬)如圖甲所示是某同學(xué)探究加速度與力的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置。他在氣墊導(dǎo)軌上安裝了一個(gè)光電門B。滑塊上固定一遮光條，滑塊用細(xì)線繞過氣墊導(dǎo)軌左端的定滑輪與力傳感器相連，傳感器下方懸掛鉤碼，每次滑塊都從A處由靜止釋放。(1)該同學(xué)用游標(biāo)卡尺測(cè)量遮光條的寬度d，如圖乙所示，則d＝________mm。(2)實(shí)驗(yàn)時(shí)，將滑塊從A位置由靜止釋放，由數(shù)字計(jì)時(shí)器讀出遮光條通過光電門B的時(shí)間t，若要得到滑塊的加速度，還需要測(cè)量的物理量是______________________。(3)下列不必要的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)要求是________。(填選項(xiàng)前的字母)A．應(yīng)使滑塊質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼和力傳感器的總質(zhì)量B．應(yīng)使A位置與光電門間的距離適當(dāng)大些C．應(yīng)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)節(jié)水平D．應(yīng)使細(xì)線與氣墊導(dǎo)軌平行(4)改變鉤碼質(zhì)量，測(cè)出對(duì)應(yīng)的力傳感器的示數(shù)F和遮光條通過光電門的時(shí)間t，通過描點(diǎn)作出線性圖象，研究滑塊的加速度與力的關(guān)系，處理數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)作出________填“t2-F”“eq\f(1,t)-F”或“eq\f(1,t2)-F”圖象。答案(1)2.30(2)遮光條到光電門的距離L(3)A(4)eq\f(1,t2)-F解析(1)由圖知第6條刻度線與主尺對(duì)齊，d＝2mm＋6×0.05mm＝2.30mm。(2)實(shí)驗(yàn)時(shí)，將滑塊從A位置由靜止釋放，由數(shù)字計(jì)時(shí)器讀出遮光條通過光電門B的時(shí)間t，滑塊經(jīng)過光電門時(shí)的瞬時(shí)速度可近似認(rèn)為是滑塊經(jīng)過光電門的平均速度。根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式v2＝2ax知若要得到滑塊的加速度，還需要測(cè)量的物理量是遮光條到光電門的距離L。(3)拉力是直接通過力傳感器測(cè)量的，故與小車質(zhì)量和鉤碼質(zhì)量大小關(guān)系無關(guān)，故A項(xiàng)不必要；應(yīng)使A位置與光電門間的距離適當(dāng)大些，有利于減小誤差，故B項(xiàng)必要；應(yīng)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)節(jié)水平，拉力才等于合力，故C項(xiàng)必要；要保持拉線方向與木板平面平行，拉力才等于合力，故D項(xiàng)必要；故選A。(4)由題意可知，該實(shí)驗(yàn)中保持小車質(zhì)量M不變，因此有：v2＝2aL，v＝eq\f(d,t)，a＝eq\f(F,M)，eq\f(d2,t2)＝2·eq\f(F,M)·L，所以研究滑塊的加速度與力的關(guān)系，處理數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)作出eq\f(1,t2)-F圖象。7．(2016·全國卷Ⅲ)某物理課外小組利用圖a中的裝置探究物體加速度與其所受合外力之間的關(guān)系。圖中，置于實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的長木板水平放置，其右端固定一輕滑輪，輕繩跨過滑輪，一端與放在木板上的小滑車相連，另一端可懸掛鉤碼。本實(shí)驗(yàn)中可用的鉤碼共有N＝5個(gè)，每個(gè)質(zhì)量均為0.010kg。實(shí)驗(yàn)步驟如下：(1)將5個(gè)鉤碼全部放入小車中，在長木板左下方墊上適當(dāng)厚度的小物塊，使小車(和鉤碼)可以在木板上勻速下滑。(2)將n(依次取n＝1,2,3,4,5)個(gè)鉤碼掛在輕繩右端，其余N-n個(gè)鉤碼仍留在小車內(nèi)；用手按住小車并使輕繩與木板平行。釋放小車，同時(shí)用傳感器記錄小車在時(shí)刻t相對(duì)于其起始位置的位移s，繪制s-t圖象，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后可得到相應(yīng)的加速度a。(3)對(duì)應(yīng)于不同的n的a值見下表。n＝2時(shí)的s-t圖象如圖b所示；由圖b求出此時(shí)小車的加速度(保留兩位有效數(shù)字)，將結(jié)果填入下表。n12345a/(m·s－2)0.20____0.580.781.00(4)利用表中的數(shù)據(jù)在圖c中補(bǔ)齊數(shù)據(jù)點(diǎn)，并作出a-n圖象。從圖象可以看出：當(dāng)物體質(zhì)量一定時(shí)，物體的加速度與其所受的合外力成正比。(5)利用a-n圖象求得小車(空載)的質(zhì)量為________kg(保留兩位有效數(shù)字，重力加速度取g＝9.8m/s2)。(6)若以“保持木板水平”來代替步驟(1)，下列說法正確的是________(填入正確選項(xiàng)前的標(biāo)號(hào))。A．a(chǎn)-n圖線不再是直線B．a(chǎn)-n圖線仍是直線，但該直線不過原點(diǎn)C．a(chǎn)-n圖線仍是直線，但該直線的斜率變大答案(3)0.40(4)如圖所示(5)0.45(6)BC解析(3)因?yàn)樾≤囎龀跛俣葹榱愕膭蚣铀?/p>