2024高考物理一輪復習專題30實驗：探究加速度與力質(zhì)量的關(guān)系練習含解析新人教版

PAGE8-專題30試驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系1．[2024·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”的試驗裝置如圖甲所示．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．從比較清楚的點起，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)為平衡摩擦力還應適當________(填“增大”或“減小”)木板與桌面的夾角，直至打點勻稱為止．(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．[2024·福建廈門雙十中學測試]某試驗小組利用圖示裝置探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系：(1)(多選)下列做法正確的是________(填字母代號)．A．調(diào)整滑輪的高度，使牽引木塊的細繩與長木板保持平行B．在調(diào)整木板傾斜度平衡木塊受到的滑動摩擦力時，將裝有砝碼的砝碼桶通過定滑輪拴在木塊上C．試驗時，先放開木桶再接通打點計時器的電源D．通過增減木塊上的砝碼變更質(zhì)量時，不須要重新調(diào)整木板傾斜度(2)為使砝碼桶及桶內(nèi)砝碼的總重力在數(shù)值上近似等于木塊運動時受到的拉力，應滿意的條件是砝碼桶及桶內(nèi)砝碼的總質(zhì)量________(填“遠大于”、“遠小于”或“近似等于”)木塊和木塊上砝碼的總質(zhì)量．(3)甲、乙兩同學在同一試驗室，各取一套圖示的裝置放在水平桌面上，木塊上均不放砝碼，在沒有平衡摩擦力的狀況下，探討加速度a與拉力F的關(guān)系，分別得到圖中甲、乙兩條直線．設(shè)甲、乙用的木塊質(zhì)量分別為m甲、m乙，甲、乙的木塊與木板間的動摩擦因數(shù)分別為μ甲、μ乙，由圖知，m甲________m乙，μ甲________μ乙(均填“>”“<”或“＝”)．3．[2024·哈六中測試]為了探究質(zhì)量肯定時加速度與力的關(guān)系，一同學設(shè)計了如圖1所示的試驗裝置．其中M為帶滑輪的小車的質(zhì)量，m為砂和砂桶的質(zhì)量．(滑輪質(zhì)量不計)(1)(多選)試驗時，肯定要進行的操作是________A．用天平測出砂和砂桶的質(zhì)量B．將帶滑輪的長木板右端墊高，以平衡摩擦力C．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)D．變更砂和砂桶的質(zhì)量，打出幾條紙帶E．為減小誤差，試驗中肯定要保證砂和砂桶的質(zhì)量m遠小于小車的質(zhì)量M(2)該同學在試驗中得到如圖2所示的一條紙帶(兩計數(shù)點間還有兩個點沒有畫出)，已知打點計時器采納的是頻率為50Hz的溝通電，依據(jù)紙帶可求出小車的加速度為________m/s2(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(3)以彈簧測力計的示數(shù)F為橫坐標，加速度為縱坐標，畫出的圖3為a－F，圖象是一條直線，圖線與橫坐標的夾角為θ，求得圖線的斜率為k，則小車的質(zhì)量為________．4．[2024·湖北重點中學]某同學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)試驗時，肯定要進行的操作或留意事項是()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．變更砂和砂桶質(zhì)量，再打出幾條紙帶D．變更小車質(zhì)量，再打出幾條紙帶E．為減小誤差，試驗中肯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，按該同學的方法做試驗畫出的a－F圖象最可能是()(3)若測出的a－F圖象的斜率為k后，則可計算出小車的質(zhì)量為________．5．[2024·湖南師大附中摸底]在探究“加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系”試驗時，某老師對傳統(tǒng)試驗進行了改進，其試驗操作如下：①如圖所示，先將沙和沙桶通過滑輪懸掛于小車一端，調(diào)整平板的傾角θ，使小車沿斜面對下做勻速直線運動，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對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，多次變更沙和沙桶的總質(zhì)量m，每次重復①②兩步操作，得到小車加速度與合力的關(guān)系；④多次變更小車的質(zhì)量，進行適當?shù)牟僮?，得到小車加速度和質(zhì)量的關(guān)系．(1)(多選)在上述試驗操作過程中，以下說法正確的是________________________________________________________________________．A．可以用電池盒給打點計時器供電B．應在小車起先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．應讓小車從靠近定滑輪處起先運動(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)在本試驗中________(選填“須要”或“不須要”)滿意沙和沙桶的質(zhì)量遠小于小車的總質(zhì)量；操作④中，每次變更小車質(zhì)量后，________(選填“須要”或“不須要”)重新調(diào)整平板的傾角．6．[2024·河北辛集中學測試]如圖1為驗證牛頓其次定律的試驗裝置示意圖，圖中打點計時器的電源為50Hz的溝通電源，打點的時間間隔用Δt表示．在小車質(zhì)量未知的狀況下，某同學設(shè)計了一種方法用來探究“在外力肯定的條件下，物體的加速度與其質(zhì)量間的關(guān)系”．(1)完成下列試驗步驟中的填空：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，變更小車中砝碼的質(zhì)量，重復步驟③.⑤在每條紙帶上清楚的部分，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應成________關(guān)系(填“線性”或“非線性”)．(2)完成下列填空：①本試驗中，為了保證在變更小車中砝碼的質(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)量之和應滿意的條件是________．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點起先各相鄰兩個計數(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為所得試驗圖線的示意圖，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________．7．[2024·江淮十校聯(lián)考]某試驗小組利用如圖所示的裝置探究牛頓其次定律中質(zhì)量肯定時a與F的關(guān)系，他們將寬度為d的擋光片固定在小車上，用不行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)試驗主要步驟如下：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，重復步驟⑤多次試驗．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的圖象，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．平衡摩擦力時必需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．本試驗裝置也可以用來驗證動能定理專題30試驗：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，須要適當減小木板與桌面的夾角，直至打點勻稱為止．(3)依據(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)AD(2)遠小于(3)<>解析：(1)平衡摩擦力時砝碼桶不能拴在木塊上，且變更砝碼質(zhì)量時，不須要重新調(diào)整木板傾斜度，為保證細繩的拉力是木塊的合力，細繩應與長木板平行，A、D正確，B錯誤；試驗時，應先接通打點計時器再放開木桶，C錯誤．(2)設(shè)木塊和砝碼(包括桶)的質(zhì)量為M和m，分別列式T＝Ma，mg－T＝ma，T＝eq\f(Mmg,M＋m)，當M?m時，T≈mg.(3)由牛頓其次定律列式F－μmg＝ma，a＝eq\f(F,m)－μg，可知圖象斜率的倒數(shù)表示木塊質(zhì)量，m甲<m乙，圖象縱軸截距的肯定值表動摩擦因數(shù)，所以μ甲>μ乙．3．(1)BCD(2)1.3(3)2kg解析：(1)設(shè)彈簧測力計的彈力為F,2F為對小車的拉力，所以要平衡摩擦力，不須要測砂和砂桶的質(zhì)量，試驗時小車靠近打點計時器處釋放，先接通電源，后釋放小車，故B、C、D正確，A、E錯誤．(2)由t＝0.06s，a＝eq\f(x4＋x5＋x6－x1＋x2＋x3,9t2)＝1.3m/s2(3)a－F圖象的斜率為eq\f(2,M)，則小車的質(zhì)量為M＝eq\f(2,k).4．(1)AC(2)B(3)eq\f(2,k)解析：(1)本試驗中，通過彈簧測力計可讀出細繩拉力的大小，因此不須要測量砂和砂桶的總質(zhì)量，也不須要保證砂和砂桶的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量，本試驗要驗證力與加速度的關(guān)系，不用變更小車的質(zhì)量，但要記錄彈簧測力計示數(shù)，且需變更砂和砂桶的質(zhì)量，從變更小車所受拉力大小，進而得出多組數(shù)據(jù)分析試驗規(guī)律，故BDE錯誤，AC正確．(2)以小車為探討對象，依據(jù)牛頓其次定律可得2F－f＝Ma，得a＝eq\f(2,M)F－eq\f(f,M)，故B正確．(3)由(2)，結(jié)合圖象可得k＝eq\f(2,M)，得M＝eq\f(2,k).5．(1)CD(2)小(3)mg(4)不須要須要解析：(1)打點計時器用溝通電，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，應減小θ小車才能勻速直線．(3)起先小車勻速直線運動有Mgsinθ＝mg＋f，去掉T時，Mgsinθ與f均不變，故小車受沿斜面對下大小為mg的合力．(4)本試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)量變更，須要重新調(diào)整木板傾角．6．(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)7．(1)eq\f(1,2s)eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,ΔtB)))2－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,ΔtA)))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(v\o\al(2,B)－v\o\al(2,A),2s)＝eq\f(1,2s)eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\a