2025版高考物理全程一輪復(fù)習(xí)課時(shí)分層精練十八探究加速度與力質(zhì)量的關(guān)系習(xí)題

課時(shí)分層精練(十八)探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系基礎(chǔ)落實(shí)練1．某同學(xué)用如圖甲所示裝置做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)．(1)關(guān)于該實(shí)驗(yàn)的要點(diǎn)，下列說(shuō)法正確的是________．A.實(shí)驗(yàn)時(shí)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)先釋放小車后接通電源B.平衡摩擦力時(shí)小車應(yīng)掛上紙帶C.重物的質(zhì)量應(yīng)遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量D.本實(shí)驗(yàn)牽引小車的細(xì)繩與長(zhǎng)木板可以不平行(2)接通頻率為50Hz的交流電源，釋放小車，打出如圖乙所示的紙帶．從比較清晰的點(diǎn)起每5個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，量出相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離，則由紙帶求出打3計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)的速度v3＝____________m/s，小車加速度的大小為a＝________m/s2(結(jié)果均保留3位有效數(shù)字).(3)做“探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)時(shí)，正確平衡摩擦力后，保持細(xì)線拉力不變，改變小車上砝碼的質(zhì)量m，多次實(shí)驗(yàn)，測(cè)得多組加速度a及對(duì)應(yīng)小車上砝碼的質(zhì)量m，作出eq\f(1,a)-m圖像如圖丙所示，若圖中直線的斜率為k，在縱軸上的截距為b，若要驗(yàn)證牛頓第二定律，則小車的質(zhì)量為________．2．圖(a)是某班同學(xué)探究質(zhì)量一定時(shí)物體的加速度與合力的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置．他們的設(shè)計(jì)思路是①利用拉力傳感器測(cè)細(xì)繩的拉力F并將其作為小車受到的合力；②利用穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器且連在小車后端的紙帶測(cè)小車的加速度a；③利用測(cè)得的數(shù)據(jù)作a-F圖像并得出結(jié)論．(1)該實(shí)驗(yàn)中，要求動(dòng)滑輪、小桶和砂的總質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量．(2)圖(b)是實(shí)驗(yàn)中挑選出的一條點(diǎn)跡清晰的紙帶，圖中相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有4個(gè)點(diǎn)未畫出，打點(diǎn)周期為0.02s，由該紙帶可求得小車的加速度a＝______m/s2(結(jié)果取2位有效數(shù)字).(3)下圖是三個(gè)小組分別作出的a-F圖像，其中，平衡摩擦力時(shí)木板墊得過(guò)高得到的是圖像________；圖像________對(duì)應(yīng)的小車質(zhì)量最小(均填序號(hào)字母).3．[2024·上海閔行區(qū)模擬]如圖甲為用來(lái)探究“小車質(zhì)量一定時(shí)，加速度a與合外力F之間的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置圖．(1)本實(shí)驗(yàn)中的位移傳感器利用兩種脈沖的傳播速度不同來(lái)測(cè)量距離，圖丙表示發(fā)射紅外線脈沖和超聲波脈沖時(shí)刻，圖丁表示接收紅外線脈沖和超聲波脈沖時(shí)刻，其中脈沖________(選填“1”或“2”)表示超聲波脈沖，已知脈沖1和脈沖2在空氣中的傳播速度分別為v1和v2，結(jié)合圖丙和圖丁中時(shí)刻t1和t2，計(jì)算機(jī)利用關(guān)系式s＝________運(yùn)算即可得到發(fā)射器到接收器的距離．(2)將鉤碼掛于跨過(guò)定滑輪的細(xì)繩的另一端，由靜止釋放小車，位移傳感器記錄下小車位移大小隨時(shí)間變化的圖像，某次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果如圖乙所示，則t＝0.5s時(shí)，小車的速度大小為______m/s，小車的加速度大小為________m/s2(結(jié)果均保留2位有效數(shù)字).(3)如果鉤碼的個(gè)數(shù)不斷增大，a-F圖像將由直線逐漸變?yōu)橼呄蚰骋恢本€的曲線，那么該曲線所逼近的漸近線的方程為________．素養(yǎng)提升練4．如圖甲所示為“用DIS(數(shù)字信息系統(tǒng))研究加速度與力的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置，在該實(shí)驗(yàn)中位移傳感器的接收器安裝在軌道上，發(fā)射器安裝在小車上．(1)改變所掛鉤碼的數(shù)量，多次測(cè)量．在某次實(shí)驗(yàn)中根據(jù)測(cè)得的多組數(shù)據(jù)繪出了如圖乙所示的a-F圖像．此圖像的后半段明顯偏離直線，造成此誤差的主要原因是____________________(選填“所掛鉤碼的總質(zhì)量過(guò)大”或“所用小車和傳感器的總質(zhì)量過(guò)大”).(2)某小組對(duì)該實(shí)驗(yàn)作出改進(jìn)并做了新的嘗試，步驟如下：①取一盒總質(zhì)量為m＝0.1kg的砝碼放置在小車上，左側(cè)不掛任何物體，將軌道的右側(cè)抬高，調(diào)節(jié)軌道的傾角，使小車在軌道上自由運(yùn)動(dòng)，觀察電腦屏幕上的v-t圖像，直至圖像為一條平行于時(shí)間軸的直線；②在左側(cè)掛一個(gè)小盤，使小車無(wú)初速度滑下，根據(jù)計(jì)算機(jī)上的v-t圖像得出小車的加速度a；③從小車上取下質(zhì)量為mx的砝碼放到小盤中，再使小車無(wú)初速度滑下，根據(jù)計(jì)算機(jī)上的v-t圖像得出小車相應(yīng)的加速度a；④改變mx的大小，重復(fù)步驟③，得到6組mx及其對(duì)應(yīng)的加速度a的數(shù)據(jù)；⑤建立坐標(biāo)系，作出如圖丙所示的a-mx圖像．若從圖丙中求出斜率k＝10m/(kg·s2)，截距b＝0.8m/s2，則小盤的質(zhì)量m0＝______kg，小車及上面固定的位移傳感器的總質(zhì)量M＝______kg(不含砝碼的質(zhì)量，g取10m/s2).(結(jié)果均保留兩位小數(shù))課時(shí)分層精練（十八）探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系1．解析：（1）實(shí)驗(yàn)時(shí)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)先接通電源后釋放小車，故A錯(cuò)誤；為保證小車的合外力為繩子的拉力，平衡摩擦力時(shí)小車應(yīng)掛上紙帶，故B正確；重物的質(zhì)量應(yīng)遠(yuǎn)大于小車的質(zhì)量，才可以認(rèn)為繩子的拉力等于重物的重力，故C錯(cuò)誤；本實(shí)驗(yàn)牽引小車的細(xì)繩與長(zhǎng)木板可以不平行，小車受到的拉力會(huì)發(fā)生變化，加速度會(huì)發(fā)生變化，故D錯(cuò)誤．故選B.（2）打3計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)的速度v3＝eq\f(x23＋x34,2T)＝eq\f(3.68＋3.84,0.2)×10－2m/s＝0.376m/s用逐差法求出小車加速度的大小為a＝eq\f(x35－x13,（2T）2)＝eq\f(4.00＋3.84－3.68－3.52,4)m/s2＝0.160m/s2（3）根據(jù)牛頓第二定律有F＝（M＋m）a整理得eq\f(1,a)＝eq\f(1,F)m＋eq\f(M,F)可得k＝eq\f(1,F)，b＝eq\f(M,F)小車的質(zhì)量為M＝eq\f(b,k).答案：（1）B（2）0.3760.160（3）eq\f(b,k)2．解析：（2）由于相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有4個(gè)點(diǎn)未畫出，則相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為T＝5×0.02s＝0.1s舍去第一段，根據(jù)逐差法，小車的加速度為a＝eq\f(（7.21＋5.70）×10－2－（4.20＋2.71）×10－2,4×0.12)m/s2＝1.5m/s2（3）若平衡摩擦力時(shí)木板墊得過(guò)高，則在沒(méi)有拉力作用時(shí)，小車已經(jīng)開始運(yùn)動(dòng)，即有一定加速度，即a-F圖像中，平衡摩擦力時(shí)木板墊得過(guò)高得到的是圖像B；根據(jù)F＝Ma解得a＝eq\f(1,M)F可知，圖像的斜率表示eq\f(1,M)，根據(jù)圖像可知，A圖像的斜率大，則A圖像對(duì)應(yīng)的小車質(zhì)量最?。鸢福海?）1.5（3）BA3．解析：（1）紅外線是電磁波，超聲波是聲波，顯然紅外線脈沖在空氣中的傳播速度遠(yuǎn)大于超聲波的傳播速度，由圖丙和圖丁可知兩個(gè)脈沖同時(shí)發(fā)出，接收器先接收到脈沖1，后接收到脈沖2，即脈沖1的速度大于脈沖2的速度，所以脈沖2表示超聲波脈沖．由圖丙和圖丁可知，脈沖2從發(fā)射到接收時(shí)間間隔為（t2－t1），故發(fā)射器到接收器的距離為s＝v2（t2－t1）.（2）小車做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式可得x＝eq\f(1,2)at2，由圖乙可知，x＝0.25m時(shí)，t＝0.5s，代入上式可得小車的加速度大小為a＝2.0m/s2，該時(shí)刻小車的速度大小為v＝at＝1.0m/s.（3）設(shè)鉤碼質(zhì)量為m，小車質(zhì)量為M.本實(shí)驗(yàn)需要探究“小車質(zhì)量一定時(shí)，加速度a與合外力F之間的關(guān)系”，為了便于表示合外力F，實(shí)驗(yàn)時(shí)需要先平衡摩擦力，并且在滿足m?M的情況下認(rèn)為F＝mg.對(duì)小車分析可得F＝mg＝Ma，故a＝eq\f(mg,M)＝eq\f(F,M)，所以在滿足m?M的情況下，a-F圖像為過(guò)原點(diǎn)的一次函數(shù)，但是隨著m的增大，小車所受合外力不再認(rèn)為近似等于mg，對(duì)鉤碼有mg－T＝ma，對(duì)小車有T＝Ma，整理得mg＝（M＋m）a，故小車運(yùn)動(dòng)的實(shí)際加速度為a＝eq\f(mg,M＋m)＝eq\f(g,\f(M,m)＋1)，故當(dāng)鉤碼的總質(zhì)量m不斷增大，即m趨近于無(wú)窮大時(shí)，eq\f(M,m)趨近于零，曲線不斷延伸，那么該曲線所逼近的漸近線方程為a＝g.答案：（1）2v2（t2－t1）（2）1.02.0（3）a＝g4．解析：（1）以小車與鉤碼組成的系統(tǒng)為研究對(duì)象，忽略摩擦力，系統(tǒng)所受的合外力等于鉤碼的重力m鉤碼g，由牛頓第二定律有m鉤碼g＝（m小車＋m鉤碼）a小車的加速度a＝eq\f(m鉤碼,m小車＋m鉤碼)g小車受到的拉力F＝m小車a＝eq\f(m鉤碼m小車,m小車＋m鉤碼)g當(dāng)有m鉤碼?m小車，可以認(rèn)為小車受到的合力等于鉤碼的重力，如果鉤碼的總質(zhì)量太大，則小車受到的合力小于鉤碼的重力，實(shí)驗(yàn)誤差較大，a-F圖像偏離直線．（2）設(shè)小車及上面固定的位移傳感器的總質(zhì)量為M，小盤的質(zhì)量為m0，對(duì)小盤進(jìn)行受力分析有（m0＋mx）g－F拉＝（m0＋mx）a對(duì)小車進(jìn)行受力分析有F